DE19781627C2 - Interference cancellation system for global, satellite-based location receivers - Google Patents

Interference cancellation system for global, satellite-based location receivers

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DE19781627C2
DE19781627C2 DE19781627A DE19781627A DE19781627C2 DE 19781627 C2 DE19781627 C2 DE 19781627C2 DE 19781627 A DE19781627 A DE 19781627A DE 19781627 A DE19781627 A DE 19781627A DE 19781627 C2 DE19781627 C2 DE 19781627C2
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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION 1. Gebiet der Erfindung1. Field of the Invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Nullabgleich- und Annullierungssystem für Empfänger zur globalen Positionserfassung (GPS = Global Positioning System), die Inband-Interferenzsignale unterdrücken und/oder Störsignale in den L1 und L2 GPS Frequenzbändern sperren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf den Empfang von orthogonal polarisierten elektrischen Feld-Vektoren und auf Verfahren zum Empfang dieser Komponenten mit hoher kreuzpolarisierter Trennung, und auf Verfahren zum Dämpfen von Interferenz- und/oder Störsignalen, wobei adaptive Polarisations-Fehlanpassung des vom Ziel-GPS- Empfänger empfangenen Antennenspeisesignals benutzt wird. Die Erfindung unterdrückt Interferenz und/oder Störung durch wesentliche Reduzierung des Störsignal-zu-Nutzsignal-Verhältnisses (J/S = jammer-to-signal) vom Standpunkt des GPS-Empfängers aus.The invention relates to a zeroing and cancellation system for Receiver for global position detection (GPS = Global Positioning System), suppress the inband interference signals and / or interference signals in the L1 and L2 Lock GPS frequency bands. In particular, the invention relates to the Reception of orthogonally polarized electric field vectors and on Method of receiving these components with high cross polarization Separation, and on methods of damping interference and / or Interference signals, whereby adaptive polarization mismatching of the target GPS Received antenna feed signal is used. The invention suppresses interference and / or interference by significantly reducing the Interference signal to useful signal ratio (J / S = jammer-to-signal) from the point of view of the GPS receiver.

2. Erläuterung des Standes der Technik2. Explanation of the state of the art

Das globale Positionserfassungssystem (GPS) ist ein satellitengestütztes Navigationssystem, das digital kodierte Daten überträgt, die zwei- und drei­ dimensionale Standortbestimmungen an der Empfangsantenne benutzt. Sein Zweck ist die kostengünstige Versorgung der Benutzer mit hochgenauen Positions-, Geschwindigkeits- und Universal-Zeit-Erfassung weltweit. Daher ist ein zuverlässiges Arbeiten des GPS in mit Störungen behafteter Umgebung sowohl für militärische wie auch für zivile Zwecke wertvoll.The global position detection system (GPS) is a satellite-based one Navigation system that transmits digitally encoded data, the two and three dimensional location determination used on the receiving antenna. Its purpose is the cost-effective supply of users with highly accurate position, Speed and universal time recording worldwide. Therefore is a reliable operation of the GPS in a noisy environment for both valuable for both military and civil purposes.

Der Schüssel für eine exakte Navigation liegt in der Verarbeitung eines sehr schwachen GPS Streuspektrumsignals, das digital kodierte und verschlüsselte Grobaquisitions-(C/A) und Präzisions-(P(Y))Daten mit sich führt, typischerweise -120 dBm bis -136 dBm (isotrop). Das GPS Signalspektrum benutzt zwei L- Bandfrequenzen, und zwar L1 bei 1575,42 MHz und L2 bei 1227,60 MHz, mit Bandbreiten von entweder 2,05 MHz für den C/A-Code oder 20,46 MHz für den P(Y)-Code, und benutzt eine rechtszirkulare Polarisation (RHCP = Right Hand Circular Polarization) sowohl für L1 und L2, um die Benutzerabhängigkeit von der Empfangsantennenorientierung zu vereinfachen. Die C/A- und P(Y)-Codes befinden sich auf L1, der P(Y)-Code befindet sich auf L2. Der theoretische Prozeßgewinn für die C/A- und P(Y)-Codes sind 43 dB bzw. 53 dB. Die kritischen GPS-Empfänger-Empfangszustände sind: C/A-Code-Aquisition; P-Code Direktaquisition; P-Code Spur; und P-Code trägerunterstützte Spur.The key to precise navigation lies in the processing of a very weak GPS spread spectrum signal that is digitally encoded and encrypted Rough acquisition (C / A) and precision (P (Y)) data, typically -120 dBm to -136 dBm (isotropic). The GPS signal spectrum uses two L- Band frequencies, namely L1 at 1575.42 MHz and L2 at 1227.60 MHz, with  Bandwidths of either 2.05 MHz for the C / A code or 20.46 MHz for the P (Y) code, and uses right-hand circular polarization (RHCP = Right Hand Circular Polarization) for both L1 and L2 to reflect the user dependency of the Simplify receiving antenna orientation. The C / A and P (Y) codes are on L1, the P (Y) code is on L2. The theoretical Process gain for the C / A and P (Y) codes are 43 dB and 53 dB, respectively. The critical GPS receiver reception states are: C / A code acquisition; P-code Direct acquisition; P code track; and P-code carrier-assisted track.

Die digitalen GPS-Daten können erfaßt und verarbeitet werden, selbst wenn der Hochfrequenzträgerempfang durch Interferenz verhindert ist; jedoch wird eine höhere Genauigkeit erhalten, wenn der Signalträger zur Verfügung steht. Dies ist allgemein möglich, da das GPS-Verfahren eine inhärente Antistörfähigkeit (AJ) besitzt; jedoch macht der niedrige Empfangssignalpegel das GPS für niederenergetische Interferenz und/oder Störung verwundbar. Für eine lokale Inband-Quelle ist es relativ leicht, das GPS-Signal vollständig zu überdecken, was ein erfolgreiches Verarbeiten der digitalen Daten verhindert. Folglich hat das GPS- System mehrere identifizierte Anfälligkeiten und Verwundbarkeiten gegenüber Interferenz. Aus militärischer und ziviler Sicht ist es wichtig, für die GPS-Systeme eine adäquate Antistörfähigkeit zu etablieren und sicher zu stellen, daß diese Eigenschaft in allen Umgebungen zur Verfügung steht. Dies wurde vom Mitlitär anerkannt und führte zur Entwicklung mehrerer räumlicher, ausnullender und/oder strahlformender Antennen und digitaler Filter-Konzeptionen.The digital GPS data can be acquired and processed even if the Radio frequency carrier reception is prevented by interference; however one becomes Get higher accuracy when the signal carrier is available. This is generally possible because the GPS method has an inherent anti-interference (AJ) has; however, the low received signal level makes the GPS for low energy interference and / or disorder vulnerable. For a local Inband source, it is relatively easy to completely mask what the GPS signal prevents successful processing of the digital data. So the GPS System identified multiple vulnerabilities and vulnerabilities Interference. From a military and civilian perspective, it is important for the GPS systems to establish an adequate anti-interference ability and to ensure that this Property is available in all environments. This was from the fellow military recognized and led to the development of several spatial, zeroing and / or beam-shaping antennas and digital filter concepts.

GPS-Empfänger zeigten unterschiedliche Grade an Verwundbarkeit gegenüber Interferenz- und Störsenderwellentypen, zu denen zu zählen sind: breitbandiges Gauß'sches Rauschen, ungedämpfte Welle (CW), Kippfrequenz-CW, gepulste CW, amplitudenmodulierte (AM) CW, phasensprungmoduliertes (PSK) Pseudorauschen, schmalbandige und breitbandige frequenzmodulierte Signale, etc. Die Verwunbarkeit ist in hohem Grade abhängig von der Umgebung und dem Empfänger-Modus. Breitbandiges Gauß-Rauschen ist der kritischste Interferenztyp in der vorstehenden Gruppe wegen der Schwierigkeit, Breitbandrauschen zu filtern ohne gleichzeitiges Leiserwerden des GPS und wegen der außerordentlich hohen Kosten und dem Einfluß auf das Arbeitsverhalten, der von Raumfilter-, d. h. Nullabgleich-Lösungen auf einer beweglichen Plattform begleitet ist.GPS receivers showed different levels of vulnerability to each other Types of interference and jammer wave types that include: broadband Gaussian noise, undamped wave (CW), breakover frequency CW, pulsed CW, amplitude modulated (AM) CW, phase shift modulated (PSK) Pseudo noise, narrowband and broadband frequency modulated signals, etc. The vulnerability is highly dependent on the environment and the Receiver Mode. Broadband Gaussian noise is the most critical type of interference in the group above because of the difficulty in filtering broadband noise without the GPS becoming quieter and because of the extraordinarily high  Costs and the influence on the working behavior, which of spatial filter, d. H. Zero adjustment solutions are accompanied on a moving platform.

Die Verwendung von Phasen-Nullabgleich ist im Stande der Technik weithin bekannt, obgleich die Verwendung einer in die Phase umgesetzten Polarisation zum GPS-Interferenz-Nullabgleich nicht bekannt ist.The use of phase zero balancing is widely known in the art known, although the use of phase-shifted polarization for GPS interference zeroing is not known.

Es besteht Bedarf an einem Interferenz-Auslöschsystem für GPS-Systeme, das sich mit komplexen Interferenzumgebungen befassen kann, die aus verschiedenen Interferenz- und/oder Störkurvenformtypen, L1 und/oder L2 Interferenz, mehrfache Interferenzquellen und unterschiedliche Interferenzpolarisationen zusammengesetzt sind. Es besteht weiter Bedarf an einem Interferenz-Auslöschsystem mit hohen Auslöschpegeln für die eine oder andere oder beide der GPS-Arbeitsfrequenzen und der Fähigkeit, sich an Veränderungen der Orientierung der Empfängerantennen und/oder der Interferenzquelle anzupassen.There is a need for an interference cancellation system for GPS systems that can can deal with complex interference environments arising from different Interference and / or interference waveform types, L1 and / or L2 interference, multiple Interference sources and different interference polarizations composed are. There is still a need for a high interference interference cancellation system Extinction levels for one or the other or both of the GPS working frequencies and the ability to adapt to changes in the orientation of the receiver antennas and / or to adapt the interference source.

In der US-Patentschrift 5,298,908 wird ein Interferenz-Auslöschsystem beschrieben, bei welchem die zu empfangenden Daten aus einer zirkular polarisierend Übertragerantenne mit der gleichen Polarisation wie der Datenempfangsport der Empfangsantenne übertragen werden. Die Empfangsantenne hat ebenfalls einen Empfangsport, dessen Zirkularpolarisation orthogonal zu dem Daten aufnehmenden Antennenport ist, so dass dieser letzere Kanal nur Interferenzsignale enthält. Die Interferenzsignale in diesem Kanal werden mit den Inferenzkomponenten im Datenkanal korreliert. Eine Regelschleife dient zur adaptiven Anpassung der Phase und Amplitude des Interferenzsignals und das adaptiv angepasste Interferenzsignal wird vom Datensignal subtrahiert, welches einige der Interferenzsignale enthält.An interference cancellation system is disclosed in U.S. Patent 5,298,908 described, in which the data to be received from a circular polarizing transmitter antenna with the same polarization as that Data reception port of the receiving antenna are transmitted. The Receiving antenna also has a receiving port, its circular polarization is orthogonal to the data receiving antenna port, so that the latter Channel contains only interference signals. The interference signals in this channel are correlated with the inference components in the data channel. A control loop is used for adaptive adjustment of the phase and amplitude of the interference signal and the adaptively adapted interference signal is subtracted from the data signal which contains some of the interference signals.

In der US-Patentschrift 4,283,795 wird eine adaptive Kreuzpolarisations- Auslöschanordnung beschrieben, in welcher ein erstes gewünschtes polarisiertes Signal und ein zweites orthogonal polarisiertes Interferenzsignal einschließlich kreuzpolarisierter Komponenten gleichzeitig von einer Antenne empfangen werden. Die orthogonal polarisierten Komponenten des Empfangssignals werden abgetrennt und längs separater Wege übertragen und kombiniert, nachdem die Phase und Amplitude des separierten polarisierten Interferenzsignals in geeigneter Weise auf maximale Auslöschkreuzpolarisationskomponenten im anderen Pfad eingestellt worden sind. Ein Rückkopplungspfad weist eine Schaltung zur Gewinnung eines verbleibenden Interferenzsignals in dem rekombinierten Ausgangssignal auf und erzeugt ein Signal, das für die Envelope repräsentativ ist und erzeugt dann geeignete Steuersignale in Abhängigkeit von derartigen repräsentativen Envelopensignalen, um eine verbesserte Anpassung der Amplitude und Phase des separierten polarisierten Interferenzsignals zu erhalten.US Pat. No. 4,283,795 describes an adaptive cross-polarization Extinguishing arrangement described in which a first desired polarized Signal and a second orthogonally polarized interference signal Cross-polarized components received simultaneously by an antenna become. The orthogonally polarized components of the received signal are separated and transmitted along separate paths and combined after the  Suitable phase and amplitude of the separated polarized interference signal Way to maximum cross-polarization components in the other path have been discontinued. A feedback path has a circuit for Obtaining a residual interference signal in the recombined Output signal and generates a signal that is representative of the envelope and then generates appropriate control signals depending on such representative envelope signals to improve amplitude adjustment and phase of the separated polarized interference signal.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Interferenz-Auslöschsystem für GPS zu schaffen.In contrast, the invention has for its object an improved To create interference cancellation system for GPS.

Dazu sieht die Erfindung ein System zur Unterdrückung von Interferenz- und Störsignalen für einen Empfänger eines satellitengestützten globalen Positionserfassungssystems (GPS) vor, dessen Merkmale im Patentanspruch 1 angegeben sind. To this end, the invention provides a system for suppressing interference and Interference signals for a receiver of a satellite-based global Position detection system (GPS) before, the features of which are specified in claim 1.  

Mit der Erfindung wird erreicht, dass die Unterschiede in der Scheinpolarisierung der rechts zirkular polarisierte GPS-Signale und der der Interferenzquellen ausgeschöpft und die Inbandinterferenz- und Störsignale in den GPS-L1 und L2-Frequenzbändern unterdrückt werden. Ferner ermöglicht es die Erfindung, dass die Orthogonalelemente der Interferenzsignale und der GPS-Signale mit einem hohen Grad an Kreuzpolarisationstrennung verarbeitet und in das Antennensystem adaptiv kreuzpolarisiert und die Interferenz ausgenullt werden. Schließlich bringt die Erfindung den Vorteil, den Empfang der Interferenzsignale unter Verwendung eines Ports einer adaptiven Antennenspeiseschaltung mit einer Hochfrequenzpolarimeterstruktur und Abtastung des Interferenzsignals zu ermöglichen, so dass die kombinierten Interferenzssignale und die GPS-Signale moduliert und das Interferenzsignal im Port zum GPS-Empfänger ausgenullt werden können. Weiterhin ist vorteilhaft, dass eine orthogonal polarisierte Empfangsantennenstruktur in kompakter Form und mit kleinem Profil geschaffen ist, die im Stande ist, die L1 und die L2-GPS-Signale unabhängig zu verarbeiten. Ferner bringt die Erfindung ein Nullabgleichsystem, das mehrfache Interferenzquellen mit kohärenter Beziehung auslöschen kann, welches eine Vektorsummierung ermöglicht und mehrfache Interferenzquellen mit ähnlichen Polarisationen auslöscht. Vorteilhaft an der Erfindung ist weiter, dass die Interferenzsignale und die Steuerung des adaptiven Kreuzpolarisations- Nullabgleichsystems ohne Notwendigkeit einer Verarbeitung des GPS-Signals erfasst werden. Ferner bringt die Erfindung den Vorteil, die Antenne und die adaptive Kreuzpolarisations-Nullabgleichsschaltungen derart zu unterteilen, dass das Antennenuntersystem entfernt lokalisiert und mit Leistung versorgt werden kann und dass die elektrische Schnittstelle zwischen diesen funktionalen Elementen aus einer minimalen Anzahl von Hochfrequenz-koaxial- oder Faseroptik-Kabeln und -leitungen zusammengesetzt sein kann. Vorteilhafterweise werden die mehrfachen Implementierungskonfigurationen und die System-Modularität ausgenutzt, die sich mit individuellen Anforderungen zur Interferenzverarbeitung nur in L1, nur in L2, in L1 und L2, in L1 mit bygepaßtem L2 beschäftigt. Die Erfindung ermöglicht schließlich eine Verbesserung des Betriebsbereichs des GPS- Empfängers durch eine installierte Verlust/Gewinn-Einfügung in den GPS- Empfänger.It is achieved with the invention that the differences in the apparent polarization the right circularly polarized GPS signals and that of the interference sources exhausted and the inband interference and interference signals in the GPS-L1 and L2 frequency bands can be suppressed. Furthermore, the invention enables that the orthogonal elements of the interference signals and the GPS signals with a high degree of cross polarization separation processed and in the antenna system adaptively cross-polarized and the interference zeroed out. Finally brings the invention has the advantage of receiving the interference signals a port of an adaptive antenna feed circuit with a High-frequency polarimeter structure and sampling of the interference signal enable so that the combined interference signals and the GPS signals modulated and zeroed out the interference signal in the port to the GPS receiver can be. It is also advantageous that an orthogonally polarized Receiver antenna structure created in a compact form and with a small profile which is able to process the L1 and L2 GPS signals independently. Furthermore, the invention brings a zero adjustment system, the multiple Can eliminate sources of interference with a coherent relationship, which one Vector summation enables and multiple sources of interference with similar ones Extinguishes polarizations. Another advantage of the invention is that the Interference signals and the control of adaptive cross polarization Zero adjustment system without the need to process the GPS signal be recorded. Furthermore, the invention brings the advantage of the antenna and to divide adaptive cross-polarization zeroing circuits such that  the antenna subsystem can be located remotely and powered can and that the electrical interface between these functional elements from a minimal number of high frequency coaxial or fiber optic cables and lines can be composed. Advantageously, the multiple implementation configurations and system modularity exploited, dealing with individual requirements for interference processing only in L1, only in L2, in L1 and L2, in L1 with bypassed L2. The Finally, the invention enables an improvement in the operating range of the GPS Receiver through an installed loss / gain insertion in the GPS Receiver.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Insbesondere schafft die Erfindung ein hoch qualifiziertes Orthogonalpolarisations-Empfangsantennensystem, welches die empfangene L- Bandumgebung in die schein-orthogonal polarisierten Signale, die das GPS-Signal und die Inband-Störquellen repräsentieren, zerlegt. Die Orthogonalkomponenten der empfangenen Umgebung werden gefiltert, verstärkt und vom Antennensystem zu dem Nullabgleichsystem in jedem GPS-Band unter Verwendung separater Kabel übertragen. Im Falle der L2-Bypaß-Konfiguration kann das rechtszirkularpolarisierte Signal an der Antenne entwickelt und übertragen werden. Eine Abtastung des Interferenzsignals in jedem Band des GPS-Kanals wird erfaßt und verarbeitet, um Interferenzbedingungen zu identifizieren und Steuersignale zu erzeugen, die den adaptiven Antennenspeiseschaltungen in jedem interessierenden Band zugeführt werden, welche den effektiven Neigungswinkel und die Elliptizität (oder Achsenverhältnis) des kombinierten Antennensystems steuern. Die effektive Polarisationseigenschaft des Antennensystems wird so gesteuert, daß die Antenne für die Interferenzquelle kreuzpolarisiert oder fehlangepaßt ist und damit das Interferenzsignal in dem die GPS-Signale enthaltenden Kanal ausgenullt oder unterdrückt ist. In Konfigurationen, in denen L1- und L2-Bänder separat verarbeitet werden, werden sie nach dem unabhängigen Ausnullen rekombiniert und dem Ziel-GPS-Empfänger zur Verfügung gestellt. Die Erfassung- und Steuerschleifen werden optimiert, um die Interferenzsignale zu identifizieren und zu aquirieren und die Neigungs- und Elliptizitätseigenschaften des adaptiven Systems schnell auf Null zu modulieren. Adaption umfaßt Variation von Polarisationseigenschaften, Polarisationorientierung, Schwund, Manövrierveränderungen etc. Wenn keine Interferenz vorliegt, kann jede adaptive L1/L2-Schleife so konfiguriert werden, daß sich die effektive Polarisationseigenschaft des Antennensystems zur bevorzugten rechtszirkularen Polarisation für Optimalempfang des GPS-Signals unter Verwendung des GPS- Empfängers ergibt.Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims specified. In particular, the invention creates a highly qualified one Orthogonal polarization receiving antenna system, which the received L- Band environment into the sham orthogonally polarized signals that make up the GPS signal and represent the inband sources of interference. The orthogonal components the received environment are filtered, amplified and by the antenna system to the zeroing system in each GPS band using separate ones Transfer cables. In the case of the L2 bypass configuration, this can right circular polarized signal can be developed and transmitted on the antenna. A sample of the interference signal in each band of the GPS channel is acquired and processed to identify interference conditions and control signals generate the adaptive antenna feed circuits in each of interest Band are fed, showing the effective angle of inclination and the ellipticity (or axis ratio) of the combined antenna system. The effective one Polarization property of the antenna system is controlled so that the antenna is cross-polarized or mismatched for the interference source and thus the Interference signal in the channel containing the GPS signals zeroed or is suppressed. In configurations where L1 and L2 bands are separate processed, they are recombined after independent zeroing and the target GPS receiver. The capture and Control loops are optimized to identify the interference signals and  to acquire and the inclination and ellipticity properties of the adaptive Systems to quickly modulate to zero. Adaptation includes variation of Polarization properties, polarization orientation, shrinkage, Maneuvering changes etc. If there is no interference, any adaptive L1 / L2 loop can be configured so that the effective Polarization property of the antenna system to the preferred right circular Polarization for optimal reception of the GPS signal using the GPS Recipient.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 zeigt ein Top-Level-Blockdiagramm mit dem adaptiven Kreuzpolarisations-Interferenzauslöschsystem für GPS-Signale; Figure 1 shows a top level block diagram with the adaptive cross-polarization interference cancellation system for GPS signals;

Fig. 2A-2F zeigen verschiedene alternative Implementierungskonzepte der Erfindung basierend auf repäsentativen Anwendungen für GPS-Empfänger und GPS-Genauigkeitsanforderungen. Die Figuren erläutern drei Kategorien der Implementierung: eine einzige Orthogonalantennenkonfiguration; duale Orthogonalantennenkonfigurationen; und Dualantennen-Orthogonal-Bifrequenz- Antennensystemkonfigurationen; Fig. 2A-2F show various alternative implementation concepts of the invention based on repäsentativen applications for GPS receivers and GPS accuracy requirements. The figures illustrate three categories of implementation: a single orthogonal antenna configuration; dual orthogonal antenna configurations; and dual antenna orthogonal bifrequency antenna system configurations;

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Einkanal-Dual-Orthogonal- Antennenkonfiguration zum Nullabgleich lediglich von L1 (oder L2)-Interferenz; Figure 3 shows a preferred embodiment of a single channel dual orthogonal antenna configuration for zeroing only L1 (or L2) interference;

Fig. 4 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform unter Verwendung einer dualen Orthogonal-Antennen-Bifrequenzkonfiguration zum Nullabgleich von L1- Interferenz und L2-Bypass; Fig. 4 shows a second preferred embodiment using a dual orthogonal antenna Bifrequenzkonfiguration nulling of interference L1 and L2 bypass;

Fig. 5 zeigt die Struktur der Orthogonal-Bifrequenz-Korrekturantenne mit zwei rechtwinkligen Microstreifen-Korrektoren (nicht maßstäblich gezeichnet) in einer orthogonalen Anordnung mit unabhängigen L1 und L2 Orthogonaleinspeisungen; Fig. 5 shows the structure of the orthogonal dualfrequency correction antenna with two rectangular microstrip shows correctors (not drawn to scale) in an orthogonal arrangement with independent L1 and L2 Orthogonaleinspeisungen;

Fig. 6 zeigt die Struktur einer Ortho-Bifrequenz-Korrekturantenne mit zwei rechtwinkligen Microstreifen-Korrektoren (nicht maßstäblich gezeichnet) in einer orthogonalen Anordnung mit frequenz-gemultiplexten L1 und L2 Orthogonaleinspeisungen; Fig. 6 shows the structure of an ortho-dualfrequency correction antenna with two rectangular microstrip correctors (not drawn to scale) in an orthogonal arrangement with frequency-multiplexed L1 and L2 Orthogonaleinspeisungen;

Fig. 7 erläutert die Methode zur Lokalisierung der optimalen 50 Ω-Impedanz- Einspeiseports für die Ortho-Bifrequenz-Rechtwinkel-Korrekturantennen für L1 und L2 Orthogonaleinspeisungen; Figure 7 illustrates the method for locating the optimal 50 Ω impedance feed ports for the ortho bifrequency right angle correction antennas for L1 and L2 orthogonal feeds;

Fig. 8A zeigt das Hochfrequenz-Blockdiagramm und das Empfängerverarbeitungsschema für einen Kanal oder eine Schleife der Interferenzauslöschung; Figure 8A shows the radio frequency block diagram and receiver processing scheme for a channel or loop of interference cancellation;

Fig. 8B erläutert eine alternative Interferenz-Empfangs-Erfassungsschaltung, die in der Ausführungsform gemäß Fig. 8A benutzt werden kann; FIG. 8B illustrates an alternative interference receive detection circuit that can be used in the embodiment of FIG. 8A;

Fig. 9 erläutert das Modulatorschema für den Polarimeter- oder gamma/phi- Modulatorteil des erfindungsgemäßen Mikrowellenabschnittes; Fig. 9 explains the modulator scheme for the polarimeter or gamma / phi modulator part of the microwave section according to the invention;

Fig. 10 erläutert das Abwärtsumsetzerschema für eine Interferenz- Überlagerungsempfänger/Erfassungs-Schaltung; Fig. 10 illustrates the down converter scheme for an interference heterodyne / detection circuit;

Fig. 11 erläutert den Zwischenfrequenzverstärker und das Video-Erfassungsschema für eine Interferenz-Überlagerungsempfänger/Erfassungs-Schaltung; Fig. 11 illustrates the intermediate frequency amplifier and video detection scheme for an interference-heterodyne receiver / detection circuit;

Fig. 12 erläutert ein Schema eines logarithmischen Verstärkers für die Interferenzempfänger/Erfassungs-Schaltung der Fig. 8B; Fig. 12 illustrates a schematic of a logarithmic amplifier for the interference receiver / detector circuit of Fig. 8B;

Fig. 13 zeigt die varactor-gesteuerten Phasenschieber für den Polarimeter-Modulator aus Fig. 9; und FIG. 13 shows the varactor-controlled phase shifters for the polarimeter modulator from FIG. 9; and

Fig. 14, 15 und 16 erläutern den GPS-Interferenz-Auslösch-Steueralgorithmus zur Erfassung und zum Auslöschen von Interferenz. Fig. 14, 15 and 16 illustrate the GPS interference extinction control algorithm for detecting and for canceling interference.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Fig. 1 zeigt ein Top-Level-Blockdiagramm des adaptiven Kreuzpolarisations- Interferenzauslöschsystems für GPS-Signale. Das Diagramm zeigt einen Kanal oder ein Band der Erfindung mit dem Auslöschkonzept und erläutert das Empfangssignal, das aus den kombinierten GPS-Signalen 1 und dem Interferenz- oder Störsignal 3 zusammengesezt ist. Das Empfangssignal 1, 3 bestehend aus dem GPS-Signalen und den Interferenzsignalen, wird von dem Antennensystem 5 aufgenommen, welches die empfangenen Signale effektiv in Orthogonalkomponenten VP und HP (vertikal polarisiert und horizontal polarisiert) für das adaptive Antenneneinspeissystem 7 aufteilt. Ein Leistungskoppler 9 tastet den Differenzport 11 des Netzwerks ab, der das Differenzsignal dem nicht dargestellten GPS-Empfänger über Leitung 13 zuführt. Eine Interferenzempfang- Erfassungsschaltung 15 empfängt und verarbeitet das Differenzsignal und liefert das Signal an adaptive Steuerschaltungen 17, die die Phase der Modulatoren innerhalb des adaptiven Antenneneinspeissystems 7 auf Neigung und Elliptizität steuert. Die Schleife schließt sich bei Interferenz zum Kreuzpolarisieren der Einspeisung und zum Ausnullen der Interferenz für den GPS-Empfänger. Der GPS- Empfänger kann auf Wunsch ein Aktivierungssignal 19 für die Störanzeige über eine GPS-Schnittstelle 21 liefern, um die Empfängerschaltung 15 zu aktivieren oder zu entaktivieren. Bei Aktivierung kann ein Störungserfassungssignal 23 zurück an den GPS-Empfänger gegeben werden. Figure 1 shows a top level block diagram of the adaptive cross-polarization interference cancellation system for GPS signals. The diagram shows a channel or a band of the invention with the cancellation concept and explains the received signal, which is composed of the combined GPS signals 1 and the interference or interference signal 3 . The received signal 1 , 3 consisting of the GPS signals and the interference signals is received by the antenna system 5 , which effectively divides the received signals into orthogonal components VP and HP (vertically polarized and horizontally polarized) for the adaptive antenna feed system 7 . A power coupler 9 scans the differential port 11 of the network, which supplies the differential signal to the GPS receiver, not shown, via line 13 . An interference reception detection circuit 15 receives and processes the difference signal and supplies the signal to adaptive control circuits 17 , which control the phase of the modulators within the adaptive antenna feed system 7 for inclination and ellipticity. The loop closes in the event of interference for cross-polarizing the feed and for canceling out the interference for the GPS receiver. The GPS receiver may wish an activation signal 19 for the fault display via a GPS interface 21 deliver in order to activate the receiver circuit 15 or to deactivate. When activated, a fault detection signal 23 can be sent back to the GPS receiver.

Zur Erläuterung des Betriebsverhaltens der Erfindung zum Nullabgleich eines Signals wird angenommen, daß alle Empfangssignale, GPS-Signale 1 und Störungs­ signal 3 aus vertikal und horizontal polarisierten Wellen zusammengesetzt sind. Die Theorie, die das bei der Erfindung benutzte Ortho-Polarisations- Nullabgleichkonzept stützt, basiert auf der Eigenschaft, daß irgendeine Welle beliebiger Polarisation synthetisiert oder zerlegt werden kann, aus bzw. in zwei Wellen, die zueinander orthogonal polarisiert sind. Beispielsweise kann eine zirkular polarisierte Welle durch die Koexistenz einer vertikal und einer horizontal polarisierten Welle erzeugt werden, von denen jede die gleiche Amplitude und eine 90°-Phasendifferenz besitzt. Eine linear polarisierte Welle kann durch die Koexistenz einer vertikal und einer horizontal polarisierten Welle mit 0°- Phasendifferenz erzeugt werden. Somit können Orthogonal-Polarisationsantennen verwendet werden, um ein ausgesandtes Signal anzupassen oder fehlanzupassen, wobei die relativen Phasen- und Amplitudenmodulationen zur Kombination der Orthogonalkomponenten verwendet werden. Für den Fall eines Interferenzsignals können Orthogonal-Polarisationsantennen in dem Antennensystem 5 verwendet werden, um das Empfangssystem fehlanzupassen und das Signal wirksam auszunullen. Diese Fehlanpassung 0 würde einen Einfluß auf andere Signale in der Umgebung haben, einschließlich der gewünschten GPS-Signale, indem in der Antennne Bedingungen geschaffen werden, die von einer perfekten Anpassung bis zu einer vollständigen Fehlanpassung reichen könnten.To explain the operating behavior of the invention for zeroing a signal, it is assumed that all received signals, GPS signals 1 and interference signal 3 are composed of vertically and horizontally polarized waves. The theory that supports the ortho-polarization zero balance concept used in the invention is based on the property that any wave of any polarization can be synthesized or decomposed from or into two waves that are orthogonally polarized to each other. For example, a circularly polarized wave can be generated by the coexistence of a vertically and a horizontally polarized wave, each of which has the same amplitude and a 90 ° phase difference. A linearly polarized wave can be generated by the coexistence of a vertically and a horizontally polarized wave with a 0 ° phase difference. Thus, orthogonal polarization antennas can be used to match or mismatch a transmitted signal, using the relative phase and amplitude modulations to combine the orthogonal components. In the event of an interference signal, orthogonal polarization antennas can be used in the antenna system 5 to mismatch the receiving system and effectively nullify the signal. This mismatch 0 would affect other signals in the environment, including the desired GPS signals, by creating conditions in the antenna that could range from a perfect match to a complete mismatch.

Der durch Polarisations-Fehlanpassung erreichbare Verlust, die Null oder die Fehlanpassung kann ein Wert zwischen Unendlich und Null sein. Der theoretische Polarisations-Fehlanpassungsverlust χ kann für zwei weit getrennte, elliptisch polarisierte Antennen im Freiraum mit der folgenden Relation berechnet werden. The loss achievable by polarization mismatch, the zero or the Mismatch can be a value between infinity and zero. The Theoretical polarization mismatch loss für can be used for two widely separated elliptically polarized antennas in free space calculated with the following relation become.  

wobei:
γ = das Elliptizitätsverhältnis, das mit Vorzeichen versehene Spannungsverhältnis der Hauptachse der Polarisationsellipse zu ihrer Nebenachse (1 ≦ |γ| ≦ ∞),
β = den Polarisationsfehlanpassungswinkel (0° ≦ β ≦ 90°), und
T = Senden sowie R = Empfang bedeuten.
in which:
γ = the ellipticity ratio, the signed voltage ratio of the main axis of the polarization ellipse to its minor axis (1 ≦ | γ | ≦ ∞),
β = the polarization mismatch angle (0 ° ≦ β ≦ 90 °), and
T = send and R = receive mean.

Die erfindungsgemäß benutzte Polarimeter-Implementierung moduliert effektiv die orthogonalen Empfangskomponenten sowohl der Interferenzsignale wie auch der GPS-Signale und erzeugt über eine Erfassung und Regelung eine Polarisations- Fehlanpassung gegen das Interferenzsignal im Signalpfad zum GPS-Empfänger.The polarimeter implementation used according to the invention effectively modulates the orthogonal receiving components of both the interference signals and the GPS signals and generates a polarization Mismatch against the interference signal in the signal path to the GPS receiver.

Fig. 2A-2F zeigen verschiedene alternative Implementierungsansätze gemäß der Erfindung, die auf repräsentativen Anwendungen für GPS-Empfänger und GPS-Genauigkeitsanforderungen basieren. Die Fig. 2A-2F erläutern drei Kategorien von Antennen und Schnittstellen-Implementierungen:
Fig. 2A-2F show various alternative approaches to implementation of the invention, the accuracy requirements of GPS based on representative applications for GPS receivers and. Figs. 2A-2F illustrate three categories of antennas and interface implementations:

  • a) einfache Ortho-Antennenkonfiguration (Fig. 2A), die für das L1- oder L2-Band angewendet werden kann, wo ein einziger Nullabgleichkanal in einem der L1- oder L2-Bänder implementiert ist;a) simple ortho antenna configuration ( Fig. 2A) that can be applied to the L1 or L2 band where a single zeroing channel is implemented in one of the L1 or L2 bands;
  • b) die dualen Ortho-Antennenkonfigurationen (Fig. 2B und 2C), bei denen separate L1 und L2 Bandantennen die orthogonalen Empfangssignale in jedem Band für L1 zum Nullabgleich/Auslöschen und zum L2-Bypaß (Fig. 2B) verarbeiten, und eine Implementierung, bei der separate L1- und L2- Bandantennen die orthogonalen Empfangssignale in jedem Band zum individuellen Nullabgleich von L1 und L2 (Fig. 2C); undb) the dual ortho antenna configurations ( Figs. 2B and 2C), in which separate L1 and L2 band antennas process the orthogonal receive signals in each band for L1 for nullification / cancellation and L2 bypass ( Fig. 2B), and an implementation, with the separate L1 and L2 band antennas, the orthogonal receive signals in each band for individual zeroing of L1 and L2 ( FIG. 2C); and
  • c) die Dual-Antennen-Ortho-Bifrequenz-Antennensystemkonfigurationen (Fig. 2D-2F) mit Implementierungen, bei denen ein Paar von Bifrequenz-Antennen die orthogonalen elektrischen Komponenten für das L1- und das L2-Band liefern, die eine höhere Kreuzpolarisationstrennung aufweisen, und wobei die orthogonalen Empfangssignale in jedem Band zum Nullabgleich/Auslöschen von L1 und zum Bypassen von L2 benutzt werden (Fig. 2D), einer zweiten Implementierung, bei der die orthogonalen L1- und L2-Bandsignale in jedem Band für den individuellen L1 und L2 Nullabgleich verarbeitet werden (Fig. 2E), und einer dritten Implementierung (Minimum-Schnittstelle), bei der ein Paar von Bifrequenz-Antennen die kombinierte Summe der Orthogoalkomponenten der L1- und L2-Bänder liefern, wodurch die Signale in jeder Korrekturantenne durch die Antenneneinspeisposition frequenz­ gemultiplext werden (Fig. 2F).c) the dual antenna ortho bifrequency antenna system configurations ( Fig. 2D-2F) with implementations in which a pair of bifrequency antennas provide the orthogonal electrical components for the L1 and L2 bands that have higher cross polarization separation , and wherein the orthogonal receive signals in each band are used for zeroing / wiping L1 and bypassing L2 ( Fig. 2D), a second implementation in which the orthogonal L1 and L2 band signals in each band for the individual L1 and L2 zeroing are processed ( Fig. 2E), and a third implementation (minimum interface) in which a pair of bi-frequency antennas provide the combined sum of the orthogonal components of the L1 and L2 bands, thereby passing the signals in each correction antenna through the Antenna feed position are frequency multiplexed ( Fig. 2F).

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Einkanal- Dualorthoantennenkonfiguration zum Nullabgleich lediglich der L1-Band- (oder L2-Band-)Interferenz. Das Antennensystem 5 liefert vertikal und horizontal polarisierte Signale VP, HP an das adaptive Antenneneinspeissystem 7. Das Antennensystem 5 umfaßt eine Antenne oder Antennen 25, die entweder ein Paar von L1-Dipolen, die zur Orthogonaloperation orientiert sind, oder eine L1- Microstreifen-Korrekturantenne mit vertikaler und horizontaler Orthoeinspeisung sein können. Koprrekturantennenkonfigurationen sind allgemein im Stand der Technik bekannt. Alternativ kann die Antenne 25 die neue Bifrequenz-Antenne gemäß Fig. 5 und 6 sein, die für jeden Kanal die L1-vertikalen und horizontalen Komponenten liefert. Die Antennen 25 empfangen oder erfassen die L1- (oder L2-)GPS Signale zusammen mit beliebigen Inband-Interferenzsignalen. Die erfaßten vertikalen und horizontalen Komponenten laufen durch die Bandfilter 27, 29 und Vorverstärker 31, 33, um die VP und HP Signale zu liefern. Fig. 3 shows a preferred embodiment of a single-channel dual Ortho antenna configuration for zero adjustment only the L1-band (or L2-band) interference. The antenna system 5 delivers vertically and horizontally polarized signals VP, HP to the adaptive antenna feed system 7 . The antenna system 5 comprises an antenna or antennas 25 , which can either be a pair of L1 dipoles oriented for orthogonal operation, or an L1 microstrip correction antenna with vertical and horizontal ortho feed. Co-correction antenna configurations are generally known in the art. Alternatively, antenna 25 may be the new bifrequency antenna shown in FIGS . 5 and 6, which provides the L1 vertical and horizontal components for each channel. The antennas 25 receive or acquire the L1 (or L2) GPS signals along with any in-band interference signals. The detected vertical and horizontal components pass through band filters 27 , 29 and preamplifiers 31 , 33 to provide the VP and HP signals.

Fig. 3 zeigt die Polarimeter-Architektur (gelegentlich bezeichnet als einen gamma/phi Modulator) 35 des Einspeissystems 7, wodurch die ungleiche Phase (oder Verzögerung) der empfangenen Orthosignale VP, HP zunächst auf Neigung (phi) zur relativen Quadratur durch variable Phasensteuerschaltungen 37, 39, welche durch den adaptiven Phasenkontroller 41 der adaptiven Steuerschaltung 17 in Aktion gesetzt werden, zuerst eingestellt und dann in dem ersten Hybridknoten 43 kombiniert werden. Die ungleiche Phase (oder Verzögerung), oder Phasenverschiebung der empfangenen Orthosignale VP, HP resultiert aus der Beziehung zwischen den beiden Empfangssignalkomponenten und durch ungleiche Verzögerungen in den Übertragungsleitungen und Schaltkreisen zwischen den Antennen 25 und dem Polarimeter 35. Die Ausgangssignale der ersten Hybridschaltung 43 sind theoretisch von gleicher Amplitude. Die Ausgänge 43a, 43b der ersten Hybridschaltung 43 werden in relativer Phase durch variable Phasensteuerschaltungen 45, 47 eingestellt, auf welche ein adaptiver Phasenkontroller 49 der adaptiven Steuerschaltung 17 einwirkt, und dann in der zweiten Hybridschaltung 51 kombiniert, um ein Minimum Null am Differenzausgangsport 53 zu erzeugen, welches effektiv oder erwünschtermaßen die Null des Interferenzsignals ist. Der zweite Ausgang 55 der Hybridschaltung 51 ist ein Summierport 55 und erzeugt gleichzeitig einen maximalen Ausgang. Abgeglichene Varaktor-Phasenschieberanordnungen, die nachfolgend beschrieben werden, dienen in jedem Zweig des gamma (45, 47) und phi (37, 39) Modulationsprozesses dazu, eine angepaßte Operation über Frequenz und Leistung zu erhalten. Die Differenz- (oder delta) und Summier- (oder sigma) Ausgänge 53, 55 der zweiten Hybridverbindung 51 werden erfaßt, durch die Interferenzerfassungs-Empfängerschaltung oder Empfängerverarbeitungsschaltung 15 verarbeitet und dazu benutzt, Schleifen-Steuersignale für die Neigungs- und die Elliptizitäts- (oder gamma/phi)-Modulationen durch die adaptive Steuerschaltung 17 adaptiv zu erzeugen. Die Steuerschleife kompensiert für das System Einrichtungsschwankungen, Schein-Interferenzsignalveränderungen und Komponenten-Ungleichgewichte. Der Null- oder Differenzausgang 53 der zweiten Hybrideinrichtung 51 wird weiterhin über einen Leistungskoppler 9 dem GPS- Empfänger als ein Eingang 13 mit unterdrücktem Interferenzsignal geliefert. Fig. 3 shows the polarimeter architecture (sometimes referred to as a gamma / phi) modulator 35 of the Einspeissystems 7, whereby the unequal phase (or delay) of the received Ortho signals VP, HP initially to tilt (phi) the relative quadrature by variable phase control circuits 37 , 39 , which are put into action by the adaptive phase controller 41 of the adaptive control circuit 17 , are first set and then combined in the first hybrid node 43 . The unequal phase (or delay), or phase shift, of the received ortho signals VP, HP results from the relationship between the two received signal components and from unequal delays in the transmission lines and circuits between the antennas 25 and the polarimeter 35 . The output signals of the first hybrid circuit 43 are theoretically of the same amplitude. The outputs 43 a, 43 b of the first hybrid circuit 43 are set in relative phase by variable phase control circuits 45 , 47 , on which an adaptive phase controller 49 of the adaptive control circuit 17 acts, and then combined in the second hybrid circuit 51 by a minimum zero at the differential output port 53 which is effectively or desirably the zero of the interference signal. The second output 55 of the hybrid circuit 51 is a summing port 55 and at the same time generates a maximum output. Balanced varactor phase shifter assemblies, described below, are used in each branch of the gamma ( 45 , 47 ) and phi ( 37 , 39 ) modulation process to obtain a matched operation on frequency and power. The differential (or delta) and summing (or sigma) outputs 53 , 55 of the second hybrid link 51 are sensed, processed by the interference detection receiver circuit or receiver processing circuit 15 , and used to provide loop control signals for the tilt and ellipticity ( or gamma / phi) modulations to be generated adaptively by the adaptive control circuit 17 . The control loop compensates for device fluctuations, sham interference signal changes, and component imbalances for the system. The zero or differential output 53 of the second hybrid device 51 is also supplied to the GPS receiver as an input 13 with a suppressed interference signal via a power coupler 9 .

Fig. 5 zeigt die Struktur einer dualen Ortho-Bifrequenz-Korrekturantenne mit zwei rechtwinkligen Mikrostreifen-Korrektoren 61, 63 in orthogonaler Anordnung. Die Dimensionen D1 und D2 der beiden Mikrostreifen-Korrektoren 61 und 63 sind die gleichen für jeden Korrektor und sind so gewählt, daß sie die L1- und L2-Bänder mit jeweils orthogonaler Linearpolarisation optimal empfangen, d. h. D1 ist etwa gleich λ1d/2 und D2 ist etwa gleich λ2d/2, wobei λ1d und λ2d die Signal- Wellenlängen für L1 und L2 im Antennen-Dielektrikum sind, und wobei D1 eine Dimension für jeden Korrektor und D2 die zweite orthogonale Dimension für jeden Korrektor ist, wie weiter unten erläutert wird. Die Korrekturantennen 61, 63 können auf einer einzigen Platine für gedruckte Schaltung lokalisiert sein. Korrekturantennenkonfigurationen sind im Stand der Technik bekannt und umfassen gewöhnlich einen leitenden Abschnitt 65, 67, welcher über einem elektrisch dünnen dielektrischen Trägerteil 69, 71 liegt, der seinerseits über einer leitfähigen Masse-Ebene 80 mit Zuleitungen oder Sonden liegt, die mit den leitfähigen Abschnitten verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die Einspeis- oder Sondenstellen für die Korrektoren so gewählt, daß eine optimale lineare Signalkopplung und Kreuzpolarisationstrennung erhalten wird. In dieser Ausführungsform werden vier (4) Einspeisstellen 73, 75, 77, 79 dazu verwendet, unabhängig voneinander die elektrischen L2/V-, L1/H-, L1/V- und L2/H- Polarisations (P)-Signale zu liefern. FIG. 5 shows the structure of a dual ortho bifrequency correction antenna with two right-angled microstrip correctors 61 , 63 in an orthogonal arrangement. The dimensions D1 and D2 of the two microstrip correctors 61 and 63 are the same for each corrector and are chosen such that they optimally receive the L1 and L2 bands, each with orthogonal linear polarization, ie D1 is approximately equal to λ 1d / 2 and D2 is approximately equal to λ 2d / 2, where λ 1d and λ 2d are the signal wavelengths for L1 and L2 in the antenna dielectric, and where D1 is one dimension for each corrector and D2 is the second orthogonal dimension for each corrector, as further is explained below. The correction antennas 61 , 63 can be located on a single printed circuit board. Correction antenna configurations are known in the art and typically include a conductive portion 65 , 67 which overlies an electrically thin dielectric support member 69 , 71 which in turn overlies a conductive ground plane 80 with leads or probes connected to the conductive portions are. According to the invention, the feed or probe locations for the correctors are selected so that an optimal linear signal coupling and cross polarization separation is obtained. In this embodiment, four ( 4 ) feed points 73 , 75 , 77 , 79 are used to independently provide the L2 / V, L1 / H, L1 / V, and L2 / H polarization (P) electrical signals ,

Fig. 6 zeigt eine alternative Struktur für eine Dual-Ortho-Bifrequenz- Korrekturantenne mit den beiden rechtwinkligen Mikrostreifen-Korrektoren 81, 83 in einer orthogonalen Anordnung. Die Dimensionen und Orientierung der beiden Mikrostreifen-Korrektoren 81, 83 sind die gleichen, wie sie oben erörtert worden sind, wobei eine neue Einspeiseanordnung für einen Frequenzmultiplex-Betrieb benutzt wird. Die Einspeise- oder Sondenstellen 85, 87 sind längs den Diagonalen 89, 91 oder diagonalen Bereichen jedes Korrektors lokalisiert und so gewählt, daß sich eine optimale kombinierte Signalkopplung und Kreuzpolarisationstrennung für L1- und L2-Signale ergibt. Die beiden Einspeisestellen 85, 87 dienen zur gleichzeitigen Versorgung frequenzgemultiplexter elektrischer L2/V und L1/H, und L1/V und L2/H polarisierter Signale. Diese Anordnung zeigt eine einfachere Kabelschnittstelle. FIG. 6 shows an alternative structure for a dual ortho bifrequency correction antenna with the two right-angled microstrip correctors 81 , 83 in an orthogonal arrangement. The dimensions and orientation of the two microstrip correctors 81 , 83 are the same as discussed above, using a new feed arrangement for frequency division multiplexing. The feed or probe locations 85 , 87 are located along the diagonals 89 , 91 or diagonal areas of each corrector and selected so that there is an optimal combined signal coupling and cross polarization separation for L1 and L2 signals. The two feed points 85 , 87 serve for the simultaneous supply of frequency-multiplexed electrical L2 / V and L1 / H, and L1 / V and L2 / H polarized signals. This arrangement shows a simpler cable interface.

Die Antennenauslegung für die bevorzugte Ausführungsform des GPS- Interferenzunterdrückungssystems benutzt das Halbwellenlängen-Mikrostreifen- Rechtwinkelelement (gegenwärtige Mikrostreifen-Antennenelementtechnik umfaßt Halbwellenlängen-, Viertelwellen- und Vollwellenlängen-Elemente). Die Längen D1 und D2 der Antennenkorrektoren 61, 63 (wie auch der Korrektoren 81, 83) sind kritische Dimensionen und geringfügig kleiner als eine Halbwellenlänge in dem dielektrischen Substratmaterial 69, 71:
The antenna design for the preferred embodiment of the GPS interference cancellation system uses the half-wavelength microstrip right angle element (current microstrip antenna element technology includes half-wavelength, quarter-wave and full-wavelength elements). The lengths D1 and D2 of the antenna correctors 61 , 63 (as well as the correctors 81 , 83 ) are critical dimensions and slightly less than a half wavelength in the dielectric substrate material 69 , 71 :

D ≈ 0.49λd = 0.49λ0/(εr)1/2
D ≈ 0.49λ d = 0.49λ 0 / (ε r ) 1/2

wobei D (D1 und D2) = die Länge des Mikrostreifenelements, εr = die relative Dielektrizitätskonstante des Substrats und λ0 = die Freiraumwellenlänge für jede interessierende Frequenz bedeuten. Variationen in der Dieleketrizitätskonstanten und der Einspeiseinduktivität machen es schwierig, die exakten Abmessungen vorauszusagen, so daß die exakte Mikrostreifenlänge empirisch bestimmt wird.where D (D1 and D2) = the length of the microstrip element, ε r = the relative dielectric constant of the substrate and λ 0 = the free space wavelength for each frequency of interest. Variations in the dielectric constant and the feed inductance make it difficult to predict the exact dimensions so that the exact microstrip length is determined empirically.

Die Strahlungsquelle für eine rechtwinklige Mikrostreifenantenne ist das elektrische Feld, das zwischen den Kanten des Mikrostreifenelements und der Masse-Ebene erregt wird (Erregung eines nahezu infinitesimalen Schlitzes mit gleichförmigen E-Feld). Die Felder werden um 180° phasenversetzt zwischen gegenüberliegenden Kanten erregt. Die Eingangs-Impedanz der Antenne kann dadurch abgestimmt werden, daß entweder eine Koaxialeinspeisung oder eine Kanteneinspeisung mit einem Viertelwellen-Umformer benutzt wird. Die ungefähre Eingangskantenimpedanz eines Mikrostreifenelements ist Rin ≈ 60λ0/W, wobei W die Schlitzbreite ist. Die Eingangs-Impedanz in der Ausführung wird auf 50 Ω-Impedanz abgeglichen, indem eine Koaxialeinspeisung benutzt wird. Die 50 Ω-Stelle für die Einspeisung wird durch Variieren des Abstandes zwischen der Einspeisestelle und der Kante des Elements erhalten. Die Impedanz des Elementes bei der Frequenz und Polarisation, auf die es ausgelegt ist, geht im wesentlichen gegen Null bei etwa der mittleren Symmetrie-Linie des Elements. Indem somit strategisch die Einspeisstellen so bestimmt werden, daß sie in einer Dimension in der Nähe der Null-Impedanzstelle des Elements liegen, während in der zweiten Dimension sie an der 50 Ω-Stelle liegen, ergibt sich als Ergebnis ein Paar von orthogonalen Einspeisungen. Jede in Betracht kommende Einspeiseposition für 50 Ω-Impedanz wird nach Stoffeigenschaften berechnet und für das Element grob lokalisiert. Diese Werte dienen als Ausgangspunkte, jedoch werden exakte Abmessungen empirisch eingestellt. Die Herstellungsgenauigkeit, Stoffkonsistenz und gegenseitige Kopplung resultieren in kleinen Veränderungen innerhalb einer Gruppe von Einheiten.The radiation source for a right angle microstrip antenna is the electric field that is excited between the edges of the microstrip element and the ground plane (excitation of an almost infinitesimal slot with a uniform E field). The fields are excited 180 ° out of phase between opposite edges. The input impedance of the antenna can be tuned using either a coaxial feed or an edge feed with a quarter-wave converter. The approximate input edge impedance of a microstrip element is R in ≈ 60λ 0 / W, where W is the slot width. The input impedance in the design is matched to 50 Ω impedance using a coaxial feed. The 50 Ω point for the infeed is obtained by varying the distance between the infeed point and the edge of the element. The impedance of the element at the frequency and polarization to which it is designed is essentially zero at approximately the middle line of symmetry of the element. Thus, strategically determining the feed points so that they are in one dimension near the element's zero impedance point, while in the second dimension they are at the 50 Ω point, the result is a pair of orthogonal feeds. Every possible entry position for 50 Ω impedance is calculated according to material properties and roughly localized for the element. These values serve as starting points, however exact dimensions are set empirically. The manufacturing accuracy, consistency of material and mutual coupling result in small changes within a group of units.

Gemäß Fig. 7 hat das Dualpolarisations-Mikrostreifen-Rechteckelement so gewählte Abmessungen, daß D1 auf die Halbwellenlänge der Resonanzfrequenz L1 abgestimmt ist, und D2 auf die Halbwellenlänge im Dielektrikum der zweiten Resonanzfrequenz L2 abgestimmt ist. Jedes Rechteckelement in der Ausführung kann gespeist werden, indem entweder eine (1) Einspeisung (Fig. 6) oder zwei (2) unabhängige 50 Ω-Impedanz-Koaxialeinspeisungen (Fig. 5) in der Nähe der Mitte jedes Elements verwendet werden. Im Falle zweier (2) Einspeisungen pro Element, wird die Einspeisung 77 vertikal abgestrahlte Polarisation für L1, und die Einspeisung 79 die horizontal abgestrahlte Polarisation für L2 und umgekehrt bei dem anderen Element empfangen. Im Fall einer einzigen Einspeisung pro Element wird die Einspeisung 87 ein Muliplex-Signal empfangen, das sich aus der Summe der vertikal-polarisierten L1 und horizontal polarisierten L2 und umgekehrt in dem anderen Element zusammengesetzt.According to FIG. 7, the dual polarization microstrip rectangular element has dimensions selected such that D 1 is tuned to the half-wavelength of the resonance frequency L1 and D 2 is tuned to the half-wavelength in the dielectric of the second resonance frequency L2. Each rectangular element in the embodiment can be powered using either one ( 1 ) feed ( Fig. 6) or two ( 2 ) independent 50 Ω impedance coaxial feeds ( Fig. 5) near the center of each element. In the case of two ( 2 ) feeds per element, the feed 77 will receive vertically radiated polarization for L1 and the feed 79 will receive the horizontally radiated polarization for L2 and vice versa for the other element. In the case of a single feed per element, the feed 87 will receive a multiplex signal which is composed of the sum of the vertically polarized L1 and horizontally polarized L2 and vice versa in the other element.

Die beiden Antennen-Einspeiseanordnungen, die erfindungsgemäß bevorzugt sind, sind:
The two antenna feed arrangements which are preferred according to the invention are:

  • a) eine mit einem dual-koaxialen Ansatz für lineare Polarisation der beiden orthogonalen Moden der rechtwinkligen Korrektoren, die bei zwei unterschiedlichen Frequenzen resonant sind (Fig. 5), unda) one with a dual coaxial approach for linear polarization of the two orthogonal modes of the right-angled correctors that are resonant at two different frequencies ( Fig. 5), and
  • b) eine zweite Anordnung mit einem einzigen koaxial frequenz-gemultiplexten Ansatz für die beiden orthogonal linearpolarisierten Moden der rechtwinkligen Korrektoren (Fig. 6).b) a second arrangement with a single coaxial frequency-multiplexed approach for the two orthogonally linear-polarized modes of the right-angled correctors ( Fig. 6).

Der erste Ansatz gemäß Fig. 5 ist eine Vierport-Lösung, die unabhängig die Eingangs-Impedanz für jede Frequenz und jede Polarisation optimiert. Der zweite Ansatz gemäß Fig. 6 ist eine Zweiport frequenzgemultiplexte Lösung, die die Eingangsimpedanzen für die beiden Frequenzen optimiert. Ein dualer frequenz­ gemultiplexter Betrieb kann dadurch erreicht werden, daß die Einspeisung für jeden Korrektor längs des Bereiches auf der Diagonalen des Rechteckelements lokalisiert wird.The first approach of FIG. 5 is a four-port solution that independently optimizes the input impedance for each frequency and each polarization. The second approach according to FIG. 6 is a two-port frequency-multiplexed solution that optimizes the input impedances for the two frequencies. Dual frequency multiplexed operation can be achieved by locating the feed for each corrector along the area on the diagonal of the rectangular element.

Die exakten Dimensionen jedes Elementes und die Einspeisstellen werden empirisch definiert, wobei ein iteratives Verfahren eingesetzt wird. Das Verfahren besteht aus dem Aufbau der Elemente unter Verwendung definierter Materialien bis auf die Dimensionen der Design-Gleichungen für ein rechtwinkliges Mikrostreifenelement. Die Resonanzfrequenz und Impedanz werden gemessen, wobei gewöhnlich geringfügige Unterschiede von den theoretischen Vorhersagen benutzt werden, und zwar wegen kombinierter Effekte von: Dielektrizitätskonstantenvariation; Impedanzvariation für nicht-resonante- Koppelelemente; Einspeise-Sondeninduktivität und gegenseitige Kopplung. Einstellungen auf die Mikrostreifenelementengrößen und Einspeisstellen werden ausgeführt, um die Resonanzfrequenz bzw. die Einspeisimpedanz zu korrigieren. Mehrfache Iterationen können erforderlich sein. Wenn sie optimiert sind, werden die Mikrostreifendimensionen und Einspeise-Sondenstellen von Einheit zu Einheit konsistent sein, basierend auf Materialgleichförmigkeit und Herstellungsvarianz.The exact dimensions of each element and the feed points defined empirically using an iterative process. The procedure consists of the structure of the elements using defined materials down to the dimensions of the design equations for a right angle Microstrip element. The resonance frequency and impedance are measured usually slight differences from the theoretical predictions are used because of the combined effects of: Dielektrizitätskonstantenvariation; Impedance variation for non-resonant Coupling elements; Feed probe inductance and mutual coupling. Settings on the microstrip element sizes and feed points are made executed to correct the resonance frequency or the feed impedance. Multiple iterations may be required. If they are optimized, the microstrip dimensions and feed probe locations from unit to unit be consistent based on material uniformity and manufacturing variance.

Die Einspeisstellen werden so lokalisiert, daß die eindimensionale Stromverteilung des Elementes bei Resonanzfrequenz verwendet wird. Die Einspeise­ eingangsimpedanz der Antenne variiert proportional mit dem Korrektorstrom und der Korrektorstelle. Resonanzfrequenz und Muster des Mikrostreifenelements sind wesentlich unabhängig von der Einspeisstelle. Die Abmessungen des rechteckigen Korrektors werden mechanisch so abgestimmt, daß sie bei den L1- und L2- Frequenzen resonant sind. Die Korrektorstromverteilung ist nahezu sinusförmig in Richtung des Stromes und fast gleichförmig mit Ausnahme nahe den Kanten in einer Richtung, die orthogonal zum Strom liegt. In der praktischen Durchführung wird zur Anregung des Korrektors eine Einvolt-Quelle unter Verwendung einer Sonde benutzt, die über den Korrektor orthogonal zu der Dimension entsprechend den Wellenlängen abstrahlenden Kanten bewegt wird, bis ein Punktgefunden ist, der mit dem komplexen Scheinleitwert des Stromes für 50 Ω konform ist. Zwei symmetrische 50 Ω-Lösungen für jede Wellenlänge existieren zwischen der Mitte und den Kanten. Die Kopplung zwischen den Einspeisungen ist minimal aufgrund der Orthogonalität der Moden.The feed points are localized so that the one-dimensional current distribution of the element is used at resonance frequency. The feed input impedance of the antenna varies proportionally with the corrector current and the proofreader. Resonance frequency and pattern of the microstrip element are essentially independent of the feed point. The dimensions of the rectangular Corrector are mechanically tuned so that they are with the L1 and L2 Frequencies are resonant. The corrector current distribution is almost sinusoidal in Direction of current and almost uniform except near the edges in a direction orthogonal to the current. In the practical implementation a single-voltage source is used to excite the corrector Probe used that is orthogonal to the dimension corresponding to the corrector the wavelength-emitting edges is moved until a point is found which is compliant with the complex apparent conductance of the current for 50 Ω. Two symmetrical 50 Ω solutions for each wavelength exist between the middle  and the edges. The coupling between the feeds is minimal due to the orthogonality of the modes.

Die Polarisation der gemultiplexten oder diagonal lokalisierten Einspeisungen ist trickreicher zu positionieren. Die exakte Polarisation bei Resonanz verändert sich geringfügig mit der Stelle und die 50 Ω-Impedanz-Stelle muß symmetrisch abgeglichen werden.The polarization of the multiplexed or diagonally localized feeds is more tricky to position. The exact polarization at resonance changes slightly with the digit and the 50 Ω impedance digit must be symmetrical be compared.

Die Messungen können das eine oder andere der beiden Testläufe verwenden: eine standardisierte Meßleitung oder ein automatischer Netzwerk-Analysator. Der Eindring-Reflektionskoeffizient wird über der Frequenz gemessen. Das stehende Wellenverhältnis wird hinsichtlich Größe und Minimalposition relativ zum Korrektor aufgezeichnet und in ein Smith-Diagramm eingetragen. Von dieser Reflektionskoeoffizientenstelle wird die Resonanzfrequenz und der Leistungsfaktor des Korrektors mit graphischen Methoden bestimmt. Der Leistungsfaktor (das Reziproke von Q) ist geeignet für Resonanzschaltungsdarstellungen und -analyse. Das Smith-Diagramm zeigt den Ort des komplexen Scheinleitwertes der Einspeisung gegen die Frequenz für die Resonanzschaltung. Um Meßfehler zu minimieren, die durch Impedanztransformation aufgrund des Übergangs vom Koaxialen zu Mikrostreifen und die Übertragungsleitung hervorgerufen werden, wird die Eingangs-Impedanz generell für einzelne diskrete Frequenzen in einem Band um die interessierende Wellenlänge herum gemessen nach Kalibrierung des Smith-Diagramms, indem eine kleine Schaltung an der Ebene vorgesehen wird, an der die Leitung mit der Korrektor verbunden ist.The measurements can use one or the other of the two test runs: one standardized measuring line or an automatic network analyzer. The Penetration reflection coefficient is measured over frequency. The standing one Wave ratio is relative to the size and minimum position Corrector recorded and entered in a Smith chart. Of this The reflection coefficient becomes the resonance frequency and the power factor of the corrector using graphic methods. The power factor (the Reciprocal of Q) is suitable for resonance circuit diagrams and analysis. The Smith chart shows the location of the complex apparent conductance of the Feed against frequency for the resonance circuit. To measure errors minimize by impedance transformation due to the transition from Coaxial to microstrip and the transmission line are caused the input impedance is generally for individual discrete frequencies in one Band around the wavelength of interest measured after calibration of the Smith diagram by providing a small circuit on the plane which the line is connected to the corrector.

Somit wird bezüglich Fig. 7 die Sonde oder Anlötstellen 77 (L1-Polarisation 1) und 79 (L2-Poalrisation 2) für die Antenne 63 aus Fig. 5 wie folgt bestimmt: Die Sondenstelle 77 liegt längs der 0 Ω-Stelle in der Nähe der Mittellinie für die D2- Länge und die Sondenstelle wird orthogonal zur D2-Richtung bewegt, bis die 50 Ω-Impedanz wie dargestellt lokalisiert ist. In ähnlicher Weise liegt die Sondenstelle 79 längs der 0 Ω-Stelle in der Nähe der Mittellinie für die D1-Länge und die Sondenstelle wird orthogonal zur D1-Richtung bewegt, bis die 50 Ω-Impedanz wie dargestellt lokalisiert ist. Die Sonde oder Anlötstellen 73, 75 der Antenne 61 wird in gleicher Weise bestimmt.Thus, the probe or Anlötstellen 77 (L1-polarization 1) and 79 (L2-Poalrisation 2) with respect to Figure 7 for the antenna 63 of Figure 5 are determined as follows:.. Is The probe body 77 along the 0 Ω site near the centerline for the D2 length and the probe site is moved orthogonal to the D2 direction until the 50 Ω impedance is located as shown. Similarly, probe location 79 is along the 0 Ω location near the centerline for D1 length and the probe location is moved orthogonal to the D1 direction until the 50 Ω impedance is located as shown. The probe or soldering points 73 , 75 of the antenna 61 is determined in the same way.

Für die einzige koaxiale frequenz-gemultiplexte Antenne der Fig. 6 befindet sich für den Korrektor 83 die Sonde oder Anlötstelle 87 an dem Ort von Stellen, wo die 50 Ω-Impedanz für jede der L1- und L2-Frequenzen berechnet worden ist und im wesentlichen an der Diagonalen oder in dem diagonalen Bereich.For the only coaxial frequency division multiplexed antenna of FIG. 6, for the corrector 83, the probe or solder point 87 is at the location where the 50 Ω impedance has been calculated for each of the L1 and L2 frequencies and essentially on the diagonal or in the diagonal area.

Bezug genommen wird jetzt auf Fig. 8A, die das Hochfrequenz-Blockdiagramm und den Verarbeitungsempfänger für eine Einkanal-Implementierung der GPS- Interferenzauslöschung bei Frequenz L1 schematisch zeigt. Der dargestellte Eingang ist ein Paar von orthogonalen HF-Signalen aus den Antennen 25 oder von den Antennen nach Fig. 5 und 6. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das Auslöschen funktional zusammengesetzt aus dem Folgenden: Das Antennensystem 5; das adaptive Antenneneinspeissystem 7; ein Leistungskoppler 9; die Interferenzempfangs- und Erfassungsschaltung 15; und die adaptive Steuerschaltung 17. Fig. 8 erläutert weiterhin den Hardware-Teil und die Herstellart der Erfindung in den folgenden körperlichen Einheiten: Ein Mikrowellenabschnitt 101; ein Abwärtsumsetzer-Abschnitt 103; ein Empfänger/Erfassungs-Abschnitt 105; und ein System-Steuerabschnitt 107. Wie dargestellt, überwacht der Abwärtsumsetzer 103 und der Empfängererfassungskanal 105 einen gekoppelten Delta- oder Differenzport 109 des Mikrowellenabschnittes 101. Der dargestellte Mikrowellenabschnitt 101 besteht aus Bandfiltern 27, 29 und Vorverstärkern 31, 33, die Schnittstellen bilden mit den Ortho-Antennen, einem Festkörper-Polarimeter oder gamma/phi Modulator 35, einem Deltaport-Leistungsteiler/Koppler 9 und einem Delta- Überwachungsport-HF-Verstärker 10. Die Kanalbandbreite und das Rauschbild werden durch die Anordnung von Bandfiltern 27, 29 und rauscharmen HF- Vorverstärkern 31, 33 eingestellt. Die Filter und Vorverstärker sind allgemein bei der Antenne (25, Fig. 5, Fig. 6 beispielsweise) lokalisiert, um Schnittstellen- Trennungsverluste zu kompensieren und die Anordnung einer entfernten Antenne zu ermöglichen. Der Polarimeter-Modulator oder gamma/phi-Modulator 35 benutzt eine 90°-Hybrid-Architektur, wie noch beschrieben wird. Die beiden Gruppen von gamma- und phi-Modulatorsteuerungen 111, 113 dienen zur Steuerung der Neigung und Elliptizität des Polarimeters 35, und das Polarimeter versorgt einen Delta- 53 und einen Sigma 55-Ausgangsport. Der Sigma-Ausgang 55 des Polarimeters ist abgeschlossen und wird in dem System nicht benutzt. Der Deltaport-Ausgang 53 des Polarimeters 35 wird in einem HF-Leistungsteiler/­ koppler 9 abgetastet. Der Ausgangsport 13 des Leistungsteilers dient als der Eingang zum GPS-Empfänger und umfaßt die interessierenden störungsunterdrückten GPS-Empfangssignale. Der zweite Ausgangsport 110 ist der Null-Überwachungsport und wird in einem L1-Band HF-Verstärker 10 verstärkt, ist für die Signalverarbeitung und -erfassung vorgesehen und wird dazu benutzt, adaptiv die Nullschleifen-Steuersignale für die Neigungs- und Elliptizitätsmodulation zu erzeugen. Die Interferenzempfangserfassungsschaltung 15 besteht wie dargestellt aus einem Abwärts-Umsetzer 103 und einem Empfänger/Detektor 105. Der Signal-Erfassungs- und Verarbeitungsabschnitt der Erfindung sieht eine dynamische Bereichssteuerung via automatischer Verstärkungsregelung und video-erfaßte Null-Signale für die Verarbeitung durch den Systemsteuerabschnitt vor. Der adaptive Systemsteuerabschnitt 107 ist eine Digital-Signal-Verarbeitung bestehend aus den Signal A/D-Umsetzern (ADC) 115 oder Kodierern, über Multiplexer 117, einer Mikrosteuereinheit 119 mit Signalverarbeitung und mit Schleifen-Steuer-Algorithmus, sowie Steuersignal- D/A-Umsetzern (DAC) 121 für das analoge Ansteuern des Modulators 35.Reference is now made to FIG. 8A, which schematically shows the radio frequency block diagram and the processing receiver for a single channel implementation of GPS interference cancellation at frequency L1. The input shown is a pair of orthogonal RF signals from the antennas 25 or from the antennas according to FIGS. 5 and 6. As shown in FIG. 1, the cancellation is functionally composed of the following: The antenna system 5 ; the adaptive antenna feed system 7 ; a power coupler 9 ; the interference reception and detection circuit 15 ; and the adaptive control circuit 17 . Fig. 8 further explains the hardware part and the manufacturing method of the invention in the following physical units: a microwave section 101 ; a down converter section 103 ; a receiver / detection section 105 ; and a system control section 107 . As shown, the down converter 103 and the receiver acquisition channel 105 monitor a coupled delta or difference port 109 of the microwave section 101 . The microwave section 101 shown consists of bandpass filters 27 , 29 and preamplifiers 31 , 33 , which form interfaces with the ortho antennas, a solid-state polarimeter or gamma / phi modulator 35 , a delta port power divider / coupler 9 and a delta monitoring port HF -Amplifier 10 . The channel bandwidth and the noise pattern are set by the arrangement of band filters 27 , 29 and low-noise RF preamplifiers 31 , 33 . The filter and preamplifier are located generally at the antenna (25, Fig. 5, Fig. 6, for example) in order to compensate for interface separation losses and to enable the arrangement of a remote antenna. The polarimeter modulator or gamma / phi modulator 35 uses a 90 ° hybrid architecture, as will be described. The two groups of gamma and phi modulator controllers 111 , 113 serve to control the tilt and ellipticity of the polarimeter 35 , and the polarimeter supplies a delta 53 and a sigma 55 output port. The sigma output 55 of the polarimeter is terminated and is not used in the system. The Deltaport output 53 of the polarimeter 35 is sampled in an RF power divider / coupler 9 . The output port 13 of the power divider serves as the input to the GPS receiver and includes the interference-suppressed GPS reception signals of interest. The second output port 110 is the zero monitoring port and is amplified in an L1 band RF amplifier 10 , is provided for signal processing and detection and is used to adaptively generate the zero loop control signals for the inclination and ellipticity modulation. As shown, the interference reception detection circuit 15 consists of a down converter 103 and a receiver / detector 105 . The signal acquisition and processing section of the invention provides dynamic range control via automatic gain control and video-acquired zero signals for processing by the system control section. The adaptive system control section 107 is digital signal processing consisting of the signal A / D converters (ADC) 115 or encoders, via multiplexers 117 , a microcontroller 119 with signal processing and with loop control algorithm, and control signal D / A - Converters (DAC) 121 for the analog control of the modulator 35 .

Der Ausgang der Mikrosteuereinheit und des Steuerprogramm/Algorithmus' besteht aus iterativen Einstellungen für den AGC-Verstärker und (vier) gamma/phi- Phasenschiebersteuersignalen. Diese Signale werden D/A umgesetzt bei 121 und den jeweiligen Vorrichtungen als analoge Steuersignale zur Vervollständigung der Schleife zugeführt. Die Steuerschleife und der Signalverarbeitungsalgorithmus kompensieren das System für Schein-Interferenzsignalpolarisations-Orthogonalität, Interferenzsignaleigenschaften, Polarisationsveränderungen und Komponenten- Ungleichgewicht, wie beschrieben wird. Der Null-Ausgang 53 der zweiten Hybrid- Schaltung ist dem GPS-Empfänger bei 13 als ein Eingang mit unterdrücktem Interferenzsignal zugeführt. The output of the microcontroller and control program / algorithm consists of iterative settings for the AGC amplifier and (four) gamma / phi phase shift control signals. These signals are D / A converted at 121 and applied to the respective devices as analog control signals to complete the loop. The control loop and signal processing algorithm compensate the system for dummy interference signal polarization orthogonality, interference signal properties, polarization changes and component imbalance as described. The zero output 53 of the second hybrid circuit is fed to the GPS receiver at 13 as an input with a suppressed interference signal.

Fig. 8B zeigt eine alternative Interferenzempfangs-Erfassungsschaltung, die viel einfacher und daher bevorzugt ist. Sie ist im wesentlichen ein logarithmischer Verstärker mit einem log-Video-Ausgang, der direkt dem A/D Umsetzer 115 zugeführt wird. Die alternative Schaltung reduziert die Notwendigkeit für AGC. Fig. 8B shows an alternative interference reception detection circuit that is much simpler and therefore preferred. It is essentially a logarithmic amplifier with a log video output, which is fed directly to the A / D converter 115 . The alternative circuit reduces the need for AGC.

Fig. 9 zeigt die Einzelheiten des Polarimeter-Modulators 35, der in dem adaptiven Antennen-Einspeisesystem 7 verwendet wird. Der dargestellte Modulator benutzt eine 90°-Hybrid-Architektur. Das Polarimeter ist zusammengesetzt aus zwei 90°- Hybridkopplern 43, 51 sowie einem Paar von gamma- Phasenschiebermodulatoren 45, 47 und einem Paar von phi- Phasenschiebermodulatoren 37, 39. Jeder Phasenschieber ist über einen Minimalbereich von 0°-180° einstellbar. Das erste Paar von abgeglichenen HF- Phasenschiebern 37, 39 ist in den Ortho-Leitungen aus der Antenne vor der ersten 90°-Hybridschaltung 43 lokalisiert und setzt den Neigungswinkel, oder phi, des Polarimeters 35. Für eine Spannung Null oder Signal-Minima werden diese Phasenschieber auf die relative Quadratur gesetzt und kompensieren Phasen- und Verzögerungs-Ungleichgewichte in jedem Arm der Orthogonalpfade der Antenne wie auch Ungleichgewichte und Unvollständigkeiten in nachgeordneten Hybridschaltungen und Modulatoren. Die Phasenschieberausgangssignale aus 37, 39 werden in der ersten Hybridkopplung 43 kombiniert. Die Ausgangssignale der ersten Hybridkopplung 43 sind jeweils theoretisch gleich in Amplitude (d. h. die Amplitudendifferenz liegt bei einem Minimum). Die Ausgänge 43a, 43b der ersten Hybridschaltung 43 werden durch das zweite Paar von abgeglichenen Phasenschiebermodulatoren 45, 47 auf relative Phase eingestellt und kombiniert in der zweiten 90°-Hybridkopplung 51, um eine Spannung Null oder Signal Minima an einem Ausgangsport 53, Deltaport genannt, zu produzieren, die effektiv die Spannung Null des Interferenzsignals ist. Das zweite Paar von HF-Phasenschiebern 45, 47 setzt die Elliptizität, oder gamma des Polarimeters 37. Der andere Ausgang der zweiten Hybridschaltung, Sigmaport genannt, erzeugt gleichzeitig eine Spannungsspitze oder maximalen Ausgang. Zu beschreibende abgeglichene Varaktor-Phasenschieberanordnungen werden in jedem Arm des gamma- und phi- Modulationsprozesses benutzt, um eine abgeglichene Modulator-Operation über Frequenz und Signalpegel zu schaffen. Der Deltaportausgang 53 der zweiten Hybridverbindung 51 ist leistungsmäßig unterteilt in einen HF- Leistungsteiler/Koppler 9. Fig. 9 shows the details of the polarimeter modulator 35, which is used in the adaptive antenna feed system. 7 The modulator shown uses a 90 ° hybrid architecture. The polarimeter is composed of two 90 ° hybrid couplers 43 , 51 and a pair of gamma phase shift modulators 45 , 47 and a pair of phi phase shift modulators 37 , 39 . Each phase shifter can be set over a minimum range of 0 ° -180 °. The first pair of matched RF phase shifters 37 , 39 is located in the ortho lines from the antenna in front of the first 90 ° hybrid circuit 43 and sets the tilt angle, or phi, of the polarimeter 35 . For zero voltage or signal minima, these phase shifters are set to relative quadrature and compensate for phase and delay imbalances in each arm of the antenna's orthogonal paths, as well as imbalances and incompleteness in downstream hybrid circuits and modulators. The phase shifter output signals from 37 , 39 are combined in the first hybrid coupling 43 . The output signals of the first hybrid coupling 43 are theoretically the same in amplitude (ie the amplitude difference is at a minimum). The outputs 43 a, 43 b of the first hybrid circuit 43 are set to relative phase by the second pair of balanced phase shifter modulators 45 , 47 and combined in the second 90 ° hybrid coupling 51 in order to achieve a voltage zero or signal minima at an output port 53 , delta port called produce, which is effectively the zero voltage of the interference signal. The second pair of RF phase shifters 45 , 47 sets the ellipticity, or gamma, of the polarimeter 37 . The other output of the second hybrid circuit, called Sigmaport, simultaneously generates a voltage peak or maximum output. Balanced varactor phase shifter assemblies to be described are used in each arm of the gamma and phi modulation process to provide a balanced modulator operation over frequency and signal level. The delta port output 53 of the second hybrid connection 51 is divided in terms of power into an RF power divider / coupler 9 .

Für die weitere Beschreibung des Polarimeters oder gamma/phi-Modulators wird angenommen, daß die orthogonalen VP- und HP-Komponenten durch E1 cos ωt und E2 cos ωt +α dargestellt sind. Die Phasenverschiebung α zwischen E1 und E2 repräsentiert die Netto-Phasendifferenz, die in ein orthogonal polarisiertes System durch die Relation der beiden empfangenen Signalelemente und durch ungleiche Verzögerungen in den Übertragungsleitungen und Netzwerken zwischen den Antennen und der Polarisationseinheit eingeführt wird. Die phi-Phasenschieber 37, 39 stellen die Komponenten so ein, daß α ausgelöscht wird. Die Ausgänge der ersten Hybridschaltung 43 auf 43a und 43b sind im wesentlichen amplitudengleich mit den entgegengesetzten Phasenwinkeln bezüglich (E1 - 90°) und E1. Die gamma-Phasenschieber 45, 47 stellen die Signale bei 43a und 43b so ein, daß sie 90° Abstand haben, und die zweite Hybridverbindung 51 verschiebt ferner und kombiniert die Eingänge dazu, so daß sie 180° außer Phase sind, wodurch Null produziert wird. In einem tatsächlichen System werden die Phasenverschiebungen phi und gamma so eingestellt, daß sie Ungleichgewichte in dem System kompensieren, um ein Null-Signal am Deltaport zu erzeugen. Die Einstellung des phi von seinem Nominalwert kompensiert wirksam die Fehlanpassungsbedingung, um ein Minimum am Deltaport 53 zu erzeugen. Die Einstellung des Winkels gamma kompensiert wirksam Amplitudenungleichgewichte, um ein Minimumnull am Deltaport 53 zu erzeugen.For the further description of the polarimeter or gamma / phi modulator, it is assumed that the orthogonal VP and HP components are represented by E 1 cos ωt and E 2 cos ωt + α. The phase shift α between E 1 and E 2 represents the net phase difference that is introduced into an orthogonally polarized system by the relation of the two received signal elements and by unequal delays in the transmission lines and networks between the antennas and the polarization unit. The phi phase shifters 37 , 39 adjust the components so that α is extinguished. The outputs of the first hybrid circuit 43 at 43 a and 43 b are essentially of the same amplitude with the opposite phase angles with respect to (E 1 - 90 °) and E 1 . The gamma phase shifters 45 , 47 adjust the signals at 43 a and 43 b so that they are 90 ° apart, and the second hybrid connection 51 also shifts and combines the inputs so that they are 180 ° out of phase, making zero is produced. In an actual system, the phase shifts phi and gamma are adjusted to compensate for imbalances in the system to produce a zero signal at the delta port. Setting the phi from its nominal value effectively compensates for the mismatch condition to generate a minimum at delta port 53 . The setting of the angle gamma effectively compensates for amplitude imbalances in order to generate a minimum zero at the delta port 53 .

Fig. 10 zeigt schematisch den Abwärts-Umsetzer 103. Das Diagramm zeigt den lokalen Oszillator 131, eine Konfiguration bestehend aus einem Einseitenbandmixer 133 und ZF-Verstärker 135, einem ZF-Bandfilter 137, einem zweiten ZF-Verstärker 139 und einem Tiefpaßfilter 141. Der Abwärts- Umsetzer benutzt einen lokalen Oszillator (LO) 131 von 1.586 MHz und setzt L1 in eine Zwischenfrequenz von 10 MHz mit einer Bandbreite von 2 MHz um, wobei eine Einseitenband-Mixerkonfiguration benutzt wird. Der ZF-Ausgang läuft über einen Bandfilter 137 und wird in einer zweiten ZF-Verstärkerstufe 139 verstärkt und bei 141 tiefpaß-gefiltert, um den Dynamik-Bereich des Empfängers einzustellen. Fig. 10 schematically shows the down-converter 103rd The diagram shows the local oscillator 131 , a configuration consisting of a single sideband mixer 133 and IF amplifier 135 , an IF band filter 137 , a second IF amplifier 139 and a low-pass filter 141 . The downconverter uses a local oscillator (LO) 131 of 1,586 MHz and converts L1 to an intermediate frequency of 10 MHz with a bandwidth of 2 MHz using a single sideband mixer configuration. The IF output runs through a bandpass filter 137 and is amplified in a second IF amplifier stage 139 and low-pass filtered at 141 in order to adjust the dynamic range of the receiver.

Gemäß Fig. 11 besitzt der Empfänger/Detektor 105, der schematisch dargestellt ist, ein 2 MHz-Bandfilter 143 mit 10 MHz, dessen Eingang das Abwärts- Umsetzersignal ist, einen linearen ZF-Verstärker 145 mit automatischer Verstärkungsregelung (AGC), einen Verstärkungs-/Treiberverstärker 147, eine Video-Erfassungsstufe 149 mit separaten Breitband- und Schmalband-Videofiltern 151, 153. AGC wird in dem linearen Schema verwendet, um genügend Dynamik- Bereich zu erhalten, um das Ausmaß der erwarteten Interferenzsignale verarbeiten zu können. Sowohl die erfaßten Breitband-Videosignale 151a wie auch die erfaßten Schmalband-Videosignale 153a werden A/D umgesetzt und durch den Aquisitions- und Nachführalgorithmus in einer Mikrosteuereinheit 119 verarbeitet.Referring to FIG. 11, the receiver / detector 105 has, shown schematically, a 2 MHz band filter 143 having 10 MHz, whose input is the downward converter signal, a linear IF amplifier 145 with automatic gain control (AGC), a gain / Driver amplifier 147 , a video acquisition stage 149 with separate broadband and narrowband video filters 151 , 153 . AGC is used in the linear scheme to get enough dynamic range to handle the amount of expected interference signals. Both the detected broadband video signals 151 a as well as the detected narrow-band video signals 153 a are converted and processed by the acquisition and tracking algorithm in a micro-control unit 119 A / D.

Der in Fig. 12 dargestellte alternative logarithmische oder exponentielle ZF- Verstärker-Ansatz (vgl. Fig. 8B) ist vorteilhaft, weil er den erforderlichen dynamischen Bereich ohne AGC oder einen schmalen AGC-Bereich ermöglicht. Diese Anordnung umfaßt drei Kaskadenstufen von Verstärkern 110, 112, 114 mit drei Detektoren 116, 118, 120, die durch den Summierer 122 summiert und direkt dem A/D Umsetzer 115 zugeführt werden. Dieser logarithmische Verstärker verbessert das Betriebsverhalten des Interferenzempfangs und der -erfassung durch Ausweiten des dynamischen Betriebsbereichs zur Erfassung von Interferenz und zur Null-Feststellung.The alternative logarithmic or exponential IF amplifier approach shown in FIG. 12 (see FIG. 8B) is advantageous because it enables the required dynamic range without AGC or a narrow AGC range. This arrangement comprises three cascade stages of amplifiers 110 , 112 , 114 with three detectors 116 , 118 , 120 , which are summed by the summer 122 and fed directly to the A / D converter 115 . This logarithmic amplifier improves the performance of interference reception and detection by expanding the dynamic operating range for detecting interference and for zero detection.

Abänderungen der Erfindung können eine asymmetrische gamma/phi- Phasenschieberorganisation für eine vereinfachte Modulatoranordnung und eine 180°/90°-Hybridpolarimeter-Architektur umfassen.Modifications of the invention can make an asymmetric gamma / phi Phase shifter organization for a simplified modulator arrangement and Include 180 ° / 90 ° hybrid polarimeter architecture.

Fig. 13 zeigt den schematischen Teil eines analogen, variablen, varactorgesteuerten Phasenschiebers des HF-Polarimeters 35. Die variable Phasenschieberstruktur wird für jeden der vier von 0-180° abgeglichenen gamma/phi-Modulatoren 37, 39, 45, 47 im Polarimeter 35 verwendet. Das schematische Diagramm erläutert eine reflektive Hybrid-Implementierung, die zwei varaktorabgestimmte Phasenschieberdioden 120, 122 benutzt, die eine variable Übertragungsleitungsphasenverschiebung mit konstanter Zeitverzögerung erzeugen. Die Phasenverschiebung beträgt das Doppelte der elektrischen Länge durch den Varaktor zu Masse. Die Steuerspannungseingänge sind die gamma- und phi-Spannungen aus dem Digital/Analog-Umsetzer 121. Fig. 13 shows the partial schematic of an analog variable, varactorgesteuerten phase shifter of the RF polarimeter 35th The variable phase shifter structure is used for each of the four gamma / phi modulators 37 , 39 , 45 , 47 in the polarimeter 35 which are adjusted from 0-180 °. The schematic diagram illustrates a hybrid reflective implementation that uses two varactor-tuned phase shift diodes 120 , 122 that produce a variable transmission line phase shift with constant time delay. The phase shift is twice the electrical length through the varactor to ground. The control voltage inputs are the gamma and phi voltages from the digital / analog converter 121 .

Die Fig. 14 bis 16 zeigen Fluß-Diagramme, die die in der Mikroprozessor- Steuereinheit 119 benutzten Schritte zum Erfassen und Auslöschen von Interferenz- und/oder Störsignalen erläutern. Wie gezeigt wird, umfassen die Basis- System-Schritte eine anfängliche eingebaute Testschleife, eine Phasenabtastung, um das Vorliegen eines Interferenzsignals festzustellen, eine Grob- und Feinschleife zum Löschen und Schließen bei Interferenz, und eine Aufrechterhaltungsprozedur, um die Interferenznullen bei Veränderungen zu erfassen und einzustellen. Die Interferenzerfassung basiert auf dem Überschreiten einer Störungs- oder Interferenzschwelle. Der Algorithmus stellt das Polarimeter grob auf das Nullen des Interferenzignals, woran sich eine Feineinstellung des Polarimeters zur Maximierung der Null für den GPS-Empfänger anschließt. Die grobe Abtastung benutzt eine Phasenauflösungs-Entsprechung mit Form und Größe der erreichbaren Null-Phänomene und der spektralen/zeitlichen Eigenschaften des Interferenzsignals. Figs. 14 to 16 show flow diagrams which illustrate the steps 119 used in the microprocessor control unit for detecting and canceling interference and / or noise. As shown, the basic system steps include an initial built-in test loop, a phase scan to determine the presence of an interference signal, a coarse and fine loop to clear and close in the event of interference, and a maintenance procedure to detect the zero of interference on changes and adjust. Interference detection is based on exceeding a disturbance or interference threshold. The algorithm roughly sets the polarimeter to zero the interference signal, followed by a fine adjustment of the polarimeter to maximize the zero for the GPS receiver. The coarse sampling uses a phase resolution correspondence with the shape and size of the achievable zero phenomena and the spectral / temporal properties of the interference signal.

Der Mikroprozessor 119 überwacht den Differenz- oder Deltaport 53 über den Leistungsteiler 9 und den HF-Verstärker 10. Dieses Delta-Nullen-Portsignal über Leitung 109 wird durch die Empfänger-Erfassungsschaltung 15 verarbeitet und in digitale Form durch den Analog/Digital-Umsetzer 115 umgesetzt. Wie Fig. 14 zeigt, wird der erste Schritt wie üblich aus einer Initialisierung und einem BIT (eingbauten Test)-Schritt bestehen, um zu verifizieren, daß die Gleichspannungen an die verschiedenen Schaltungskarten angelegt sind, und zu bestimmen, daß die Analog/Digital- und Digital/Analog-Umsetzer betriebsbereit sind und alle anderen gegebenenfalls erforderlichen Initiationen ausgelöst sind, wie das funktionell im Block 301 angegeben ist. Das System bestimmt dann, ob ein Interferenz- oder Störsignal vorliegt (Block 303). Das Vorhandensein eines Interferenz- oder Störsignals wird bestimmt durch Betrachten der Größe der Spannung des Deltaport-Nullen-Signals (über Leitung 109, wie verarbeitet), um zu bestimmen, ob die Spannung über einem vorbestimmten Spannungs-Schwellwert für normale GPS-Signale liegt. Wenn die Spannung oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes liegt, wird das Vorliegen eines Interferenz- oder Störsignals angenommen. Wenn Interferenz und/oder Störung festgestellt worden ist, werden die phi 1- und phi 2-Phasenverschiebungen für die Phasenschieber 39, 37 auf Null Grad gesetzt (Block 305). Dies geschieht durch Einstellen der Steuerspannung für die Phasenschieber 39, 37 (vgl. Fig. 13) auf eine vorbestimmte Spannung, die Null Grad entspricht. Typischerweise besteht eine lineare Beziehung zwischen der Steuerspannung und dem Betrag der Phasenverschiebung, die empirisch bestimmt wird.The microprocessor 119 monitors the difference or delta port 53 via the power divider 9 and the RF amplifier 10 . This delta-zero port signal via line 109 is processed by the receiver detection circuit 15 and converted into digital form by the analog / digital converter 115 . As shown in Figure 14, the first step, as usual, will consist of an initialization and a BIT (built-in test) step to verify that the DC voltages are applied to the various circuit cards and to determine that the analog / digital and the digital / analog converter are ready for operation and all other initiations that may be required have been triggered, as indicated functionally in block 301 . The system then determines whether there is an interference or interference signal (block 303 ). The presence of an interference or interference signal is determined by looking at the magnitude of the voltage of the Deltaport zeros signal (over line 109 as processed) to determine whether the voltage is above a predetermined voltage threshold for normal GPS signals. If the voltage is above the predetermined threshold value, the presence of an interference or interference signal is assumed. If interference and / or interference has been determined, the phi 1 and phi 2 phase shifts for phase shifters 39 , 37 are set to zero degrees (block 305 ). This is done by setting the control voltage for the phase shifters 39 , 37 (cf. FIG. 13) to a predetermined voltage which corresponds to zero degrees. Typically there is a linear relationship between the control voltage and the amount of phase shift that is determined empirically.

Nachdem phi 1 und phi 2 für die Phasenschieber 39 und 37 auf Null Grad gesetzt worden sind, wird das gamma 1-Signal für Phasenschieber 47 sequentiell auf 0°, 45°, 90°, 135° und 180° gesetzt und für jede Setzung wird der gamma 2-Eingang für den Phasenschieber 45 von 0 bis 180° in 2,5° Schritten abgetastet. Bei jedem Abtast-Punkt wird das Deltaport-Nullsignal überwacht und die Ausgangsspannung wird bei jedem Abtastpunkt gespeichert (Block 309). Nach Abschluß dieses Abtastens werden die gamma 1- und 2-Steuerspannungen den Phasenschiebern 47, 45 zugeführt, um die Steuerspannungen auf Pegel zu setzten, die den Minimumausgang am Deltaport produzierten (Block 311).After phi 1 and phi 2 have been set to zero degrees for phase shifters 39 and 37 , the gamma 1 signal for phase shifters 47 is sequentially set to 0 °, 45 °, 90 °, 135 ° and 180 ° and is set for each setting the gamma 2 input for phase shifter 45 is scanned from 0 to 180 ° in 2.5 ° steps. The delta port zero signal is monitored at each sample point and the output voltage is stored at each sample point (block 309 ). After completing this scan, the gamma 1 and 2 control voltages are applied to phase shifters 47 , 45 to set the control voltages to levels that produced the minimum output at the delta port (block 311 ).

Dann wird das phi 2-Spannungssignal für den Phasenschieber 37 repetitiv auf 0°, 45°, 90°, 135° und 180° gesetzt und bei jeder Setzung wird die phi 1-Steuerspannung für den Phasenschieber 39 von 0° bis 180° in 2,5°-Schritten abgetastet (Block 313). Wieder wird das Deltaport-Nullsignal bei jeder Setzung überwacht und die Ausgangsspannung wird gespeichert (Block 315). Dann werden die phi 1- und phi 2-Steuerspannungen den Phasenschiebern 39, 37 zugeführt, auf Spannungspegeln, die den Minimumausgang am Delta-Null-Port produzierten (Block 317).Then the phi 2 voltage signal for the phase shifter 37 is set repetitively to 0 °, 45 °, 90 °, 135 ° and 180 ° and with each setting the phi 1 control voltage for the phase shifter 39 is set from 0 ° to 180 ° in FIG. 2 , 5 ° increments scanned (block 313 ). Again, the Deltaport zero signal is monitored each time it is set and the output voltage is stored (block 315 ). Then the phi 1 and phi 2 control voltages are applied to phase shifters 39 , 37 at voltage levels that produced the minimum output at the delta zero port (block 317 ).

Gemäß Fig. 15 schreitet das System fort, indem ein alpha- und rho-Wert von 22,5 bzw. 0,35 gesetzt wird (Block 319). Eine Feinabstimmroutine wird aufgerufen (Block 321), wie Fig. 16 zeigt. Die Feinabstimmroutine tastet gamma 1 ab, d. h. liefert Steuerspannungen an den Phasenschieber 47 über einen Bereich von alpha Graden, der von unterhalb bis oberhalb der laufenden Einstellung von gamma 1 in rho-Grad-Schritten (Block 401) liegt. Während dieser Abtastung wird der Delta- Null-Port überwacht und die Ausgangsspannungen werden bei jedem Abtastpunkt gespeichert (Block 403). Das System bestimmt dann die Steuerspannungseinstellungen für gamma 1, die den Minimumausgang am Deltaport erzeugen (Block 405). Gamma 1 wird dann auf diese Steuerspannung gesetzt (Block 407). Das System tastet dann oder setzt phi 1 von alpha-Graden unterhalb bis alpha-Grade überhalb der laufenden Einstellung von phi 1 ab und tastet ab oder setzt schrittweise die Steuerspannung in rho-Grad-Inkrementen (Block 409). Während dieser Abtastung wird der Delta-Null-Port überwacht und die Ausgangsspannung wird für jeden Abtastpunkt gespeichert (Block 411). Das System bestimmt dann die Steuerspannungseinstellung für phi 1, die den Minimumausgang am Delta-Null-Port produzierte (Block 413). Phi 1 wird dann auf diese Steuerspannung gesetzt (Block 415). Die Feinabstimmroutine ist dann abgeschlossen und es wird zu BLock 321 aus Fig. 15 zurückgekehrt.Referring to FIG. 15, the system proceeds by an alpha and rho-value of 22.5 and 0.35 is set (Block 319). A fine tuning routine is called (block 321 ) as shown in FIG. 16. The fine tuning routine scans gamma 1, ie supplies control voltages to the phase shifter 47 over a range of alpha degrees that is from below to above the current setting of gamma 1 in rho degree steps (block 401 ). During this scan, the delta zero port is monitored and the output voltages are stored at each scan point (block 403 ). The system then determines the control voltage settings for gamma 1 that produce the minimum output at the delta port (block 405 ). Gamma 1 is then set to this control voltage (block 407 ). The system then samples or phi 1 from alpha degrees below to alpha degrees above the current phi 1 setting and samples or incrementally sets the control voltage in rho degree increments (block 409 ). During this scan, the delta zero port is monitored and the output voltage is stored for each scan point (block 411 ). The system then determines the phi 1 control voltage setting that produced the minimum output at the delta zero port (block 413 ). Phi 1 is then set to this control voltage (block 415 ). The fine tuning routine is then completed and the flow returns to block 321 of FIG. 15.

An dieser Stelle werden die Werte für alpha und rho auf 11 bzw. 0,044 zurückgesetzt (Block 323). Dann wird die Feinabstimmroutine gemäß Fig. 16 erneut aufgerufen und die Feinabstimmroutine wird für die neuen Werte von alpha und rho (Block 325) in der gleichen Weise wie oben beschrieben wiederholt.At this point, the values for alpha and rho are reset to 11 and 0.044, respectively (block 323 ). Then the fine tuning routine of FIG. 16 is called again and the fine tuning routine is repeated for the new values of alpha and rho (block 325 ) in the same manner as described above.

An dieser Stelle ist verständlich, daß die Phasenschieber so gesetzt worden sind, daß sie ein Minimum Ausgangssignal am Deltaport erzeugen, welches für das GPS-Signal repräsentativ ist, wobei die Interferenz beseitigt oder unterdrückt ist. Das System fährt fort, den Null-Port-Ausgang zu überwachen, um den Signalpegel zu bestimmen (Block 327). Das System bestimmt, ob das Interferenz- oder Störungssignal ausgelöscht worden ist, indem bestimmt wird, ob die Delta-Null- Port-Ausgangsspannung um einen vorgegebenen Betrag sich höher bewegt als das eingestellte Minimum (Entscheidungsblock 329). Wenn eine Spannungsveränderung aufgetreten ist, bestimmt das System dann, ob ein neues Stör- oder Interferenzsignal vorhanden ist oder sich verändert hat (Entscheidungsblock 331). Wenn es sich verändert hat, wird zu Block 305 der Fig. 14 zurückgekehrt, um eine neue Suche für einen Minimumausgang am Deltaport zu beginnen.At this point it is understandable that the phase shifters have been set to produce a minimum output signal at the delta port which is representative of the GPS signal, with the interference eliminated or suppressed. The system continues to monitor the zero port output to determine the signal level (block 327 ). The system determines whether the interference or interference signal has been canceled by determining whether the delta zero port output voltage is higher than the set minimum by a predetermined amount (decision block 329 ). If a voltage change has occurred, the system then determines whether a new noise or interference signal is present or has changed (decision block 331 ). If it has changed, return to block 305 of FIG. 14 to begin a new search for a minimum exit at the delta port.

Wenn das Stör- oder Interferenzsignal nicht ausgelöscht worden ist (Entscheidungsblock 329), sondern eine Spannungsveränderung stattgefunden hat, setzt sich die Feinabstimmung dadurch fort, daß zum Entscheidungsblock 323 zurückgekehrt wird. Beispielsweise nehmen wir mal an, daß die Delta-Null-Port- Ausgangsspannung sich bei einem Minimalwert von 100 mV befindet, was typisch für GPS-Signale ist. Man nehme weiterhin an, daß das System und der GPS- Empfänger sich auf einem bewegenden Fahrzeug wie etwa einem Lastwagen befinden. Wenn der Lastwagen sich bewegt, kann die Phasenverschiebung durch die Lastwagenbewegung auftreten, was dazu führen wird, daß das Delta-Null-Port- Signal sich aufgrund der Phasenverschiebungen verändert. Jedoch ist die Veränderung normalerweise nicht größer als ein vorgegebener Wert. Beispielsweise kann die Ausgangsspannung bei Bewegung des Empfängers sich von 100 mV auf 1 V verändern. Wenn nur diese "kleine" Veränderung auftritt (Entscheidungsblock 329), wird die Feinabstimmroutine erneut aufgerufen, jedoch bei den "feineren" alpha- und rho-Werten (Block 323), um die Phasenverschiebungssignale kontinuierlich zu verändern und eine Minimum- oder Nullspannung an dem Deltaport aufrechtzuerhalten. Wenn andererseits der Pegel des Deltaport-Signals signifikant oder "groß" wird (wie in den Entscheidungsblöcken 329, 331 bestimmt wird), wie etwa ein Anstieg eines 100 mV-Signals auf beispielsweise 5 V, wird bestimmt, daß ein neues Stör- oder Interferenzsignal vorhanden ist und das Gesamtsystem startet einen neuen Beginn am Entscheidungsblock 305.If the noise or interference signal has not been canceled (decision block 329 ), but a voltage change has occurred, fine tuning continues by returning to decision block 323 . For example, let's assume that the delta zero port output voltage is at a minimum value of 100 mV, which is typical for GPS signals. Assume further that the system and GPS receiver are on a moving vehicle, such as a truck. As the truck moves, the phase shift can occur due to the truck movement, which will result in the delta zero port signal changing due to the phase shifts. However, the change is usually not larger than a predetermined value. For example, the output voltage can change from 100 mV to 1 V when the receiver moves. If only this "small" change occurs (decision block 329 ), the fine-tuning routine is called again, but at the "finer" alpha and rho values (block 323 ) to continuously change the phase shift signals and a minimum or zero voltage on that Maintain Deltaport. On the other hand, if the level of the delta port signal becomes significant or "large" (as determined in decision blocks 329 , 331 ), such as an increase in a 100 mV signal to, for example, 5 V, it is determined that a new noise or interference signal is present and the overall system starts a new beginning at decision block 305 .

Die spezifischen numerischen Werte für die Inkremente der Phasenverschiebungen und von alpha und von rho können gegenüber den oben beschriebenen verändert werden. Die angegebenen Werte sind nur von exemplarischer Natur.The specific numerical values for the increments of the phase shifts and of alpha and rho can be changed from those described above become. The specified values are only of an exemplary nature.

Die in Fig. 4 dargestellte zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet eine duale Ortho-Bifrequenz-Antennenkonfiguration zum Ausnullen der L1-Interferenz und zum L2-Bypaß. In Fig. 4 ist die gleiche Polarimeter- und Steuerarchitektur wie in Fig. 3 dargestellt. Die zur Implementierung benutzte Antenne 225 besteht aus zwei rechtwinkligen Mikrostreifen-Korrektoren in einer orthogonalen Anordnung, so daß sie die L1- und L2-Bänder mit jeweils orthogonalen Linearpolarisationen empfangen, wie sie in Fig. 5 oder in Fig. 6 dargestellt und beschrieben sind. In dieser Konfiguration wird der Null-Ausgang der zweiten Hybridschaltung aus dem Leistungskoppler 9 mit einem RHCP Bypaß- Signal kombiniert, das für das L2-Band (oder den Ausgang einer parallelen Nullschaltung für das L2-Band) erzeugt wurde. Die L2-vertikalen und horizontalen Komponenten aus den Antennen 61, 63 werden einer 90°- Hybridkopplung 227 zugeführt, wodurch die orthogonalen Signalkomponenten kombiniert, dann durch einen Bandfilter 229 bei L2-Frequenz und durch einen Vorverstärker 231 geführt werden, um das L2-Bypaß-Signal über Leitung 233 zu erzeugen. Der kombinierte Signalausgang, L1 und L2, wird dem GPS-Empfänger zugeführt, und zwar über einen Diplexer 235, als ein Eingang, in welchem das Interferenzsignal unterdrückt ist.The second preferred embodiment of the invention shown in FIG. 4 uses a dual ortho bifrequency antenna configuration to nullify L1 interference and L2 bypass. In FIG. 4, the same polarimeter and control architecture as shown in Fig. 3 is illustrated. The antenna 225 used for implementation consists of two right-angled microstrip correctors in an orthogonal arrangement so that they receive the L1 and L2 bands with orthogonal linear polarizations, respectively, as shown and described in FIG. 5 or in FIG. 6. In this configuration, the zero output of the second hybrid circuit from the power coupler 9 is combined with an RHCP bypass signal generated for the L2 band (or the output of a parallel zero circuit for the L2 band). The L2 vertical and horizontal components from antennas 61 , 63 are fed to a 90 ° hybrid coupling 227 , whereby the orthogonal signal components are combined, then passed through a bandpass filter 229 at L2 frequency and through a preamplifier 231 to perform the L2 bypass To generate signal via line 233 . The combined signal output, L1 and L2, is fed to the GPS receiver, via a diplexer 235 , as an input in which the interference signal is suppressed.

Selbstverständlich können andere Konfigurationen unter nicht beschränkendem Einschluß der Konfigurationen gemäß Fig. 2A-2F erfindungsgemäß implementiert werden. Beispielsweise könnte eine Konfiguration ähnlich der Fig. 4 für die L2-Band-Störunterdrückung mit L1-Bypaß vorgesehen sein.Of course, other configurations can be implemented in accordance with the present invention, including but not limited to the configurations shown in FIGS. 2A-2F. For example, a configuration similar to FIG. 4 could be provided for L2 band interference suppression with L1 bypass.

Weiterhin können die Korrektur-Antennenanordnungen der Fig. 5 und 6 mit irgendwelchen Konfigurationen der Fig. 2A-2F benutzt werden. Die Korrektur- Antennenkonfiguration aus Fig. 5 beispielsweise liefert für L1 orthogonale Vertikal- und Horizontalkomponenten und für L2 orthogonale Vertikal- und Horizontalkomponenten. Jede dieser Komponenten oder nur eine Gruppe von L1- oder L2-Komponenten kann lediglich benötigt werden, je nach der gewählten Konfiguration.Can continue the correction antenna arrays of FIGS. 5 and 6 can be used with any of these configurations of Figs. 2A-2F. The correction antenna configuration from FIG. 5, for example, provides orthogonal vertical and horizontal components for L1 and orthogonal vertical and horizontal components for L2. Each of these components or only a group of L1 or L2 components can only be required, depending on the configuration selected.

Claims (14)

1. System zur Unterdrückung von Interferenz- und Störsignalen für einen Empfänger eines satellitengestützten globalen Positionserfassungssystems (GPS), welcher GPS Übertragungen in wenigstens einer der beiden L-Band Frequenzen L1 und L2 empfangen kann, umfassend
  • - ein Antennensystem zum Empfang wenigstens eines der GPS-L1- und -L2- Signale sowie von Inband-Interferenz- oder Störsignalen, welches die empfangenen Signale in zwei orthogonal polarisierte Antennenausgangssignal- Komponenten für jede der L1 und L2 Frequenzen aufteilt;
  • - eine mit dem Antennensystem verbundene Polarimeterschaltung, in welcher eine erste variable Phasenschieberstufe die beiden orthogonal polarisierten Antennenausgangssignalkomponenten aufnimmt und die Phase der orthogonal polarisierten Antennenausgangssignalkomponenten entsprechend ersten Phasenschiebersteuersignalen aus einem adaptiven Phasensteuermittel verschiebt, in welcher ferner ein erster Hybridkoppler die phasenverschobenen Komponenten aus der ersten variablen Phasenschieberstufe aufnimmt und die phasenverschobenen Komponenten zur Gewinnung eines Paares von ersten Hybridkopplerausgangssignalen verknüpft, und in welcher eine zweite variable Phasenschieberstufe das Paar von ersten Hybridkopplerausgangssignalen aufnimmt und die Phase des Paares von ersten Hybridkopplerausgangssignalen entsprechend zweiten Phasenschiebersteuersignalen aus dem adaptiven Phasensteuermittel verschiebt, und in welcher ein zweiter Hybridkoppler die phasenverschobenen Komponenten aus der zweiten variablen Phasensteuerstufe aufnimmt und die phasenverschobenen Komponenten zur Bildung eines Polarimeterausgangssignals verknüpft, wobei das adaptive Phasensteuermittel, mit der ersten und der zweiten variablen Phasenschieberstufe zur Gewinnung der ersten und der zweiten Phasenschiebersteuersignale verbunden ist, um die Phasenverschiebung wiederholt entsprechend dem jeweiligen Polarimeter­ ausgangssignal bis zur Bildung eines minimalen Polarimeterausgangssignals einzustellen.
1. System for suppressing interference and interference signals for a receiver of a satellite-based global position detection system (GPS), which can receive GPS transmissions in at least one of the two L-band frequencies L1 and L2
  • an antenna system for receiving at least one of the GPS L1 and L2 signals and in-band interference or interference signals, which divides the received signals into two orthogonally polarized antenna output signal components for each of the L1 and L2 frequencies;
  • - A polarimeter circuit connected to the antenna system, in which a first variable phase shifter stage receives the two orthogonally polarized antenna output signal components and shifts the phase of the orthogonally polarized antenna output signal components in accordance with first phase shifter control signals from an adaptive phase control means, in which a first hybrid coupler also shifts the phase shifted components stage and phase-shifting components to obtain a pair of first hybrid coupler output signals, and in which a second variable phase shifter stage receives the pair of first hybrid coupler output signals and shifts the phase of the pair of first hybrid coupler output signals in accordance with second phase shifter control signals from the adaptive phase control means, and in which a second hybrid coupler the phase shifted components from the second variable en phase control stage and links the phase-shifted components to form a polarimeter output signal, the adaptive phase control means being connected to the first and second variable phase shifter stages for obtaining the first and second phase shifter control signals in order to repeat the phase shift in accordance with the respective polarimeter output signal until a minimum polarimeter output signal.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste variable Phasenschieberstufe ein erstes Paar von variablen Phasenschiebern aufweist, wobei einer der beiden Phasenschieber des ersten Paares eine der beiden orthogonal polarisierten Antennenausgangssignalkomponenten und der andere Phasenschieber des ersten Paares die andere Antennenausgangssignalkompo­ nente aufnimmt, und daß die zweite variable Phasenschieberstufe ein zweites Paar von variablen Phasenschiebern aufweist, von denen einer eines der beiden der ersten Hybridkopplerausgangssignale und der andere das andere der ersten Hybridkopplerausgangssignale aufnimmt.2. System according to claim 1, characterized in that the first variable Phase shifter stage has a first pair of variable phase shifters,  one of the two phase shifters of the first pair being one of the two orthogonally polarized antenna output signal components and the other Phase shifter of the first pair the other antenna output signal compo takes up, and that the second variable phase shifter stage a second Has pair of variable phase shifters, one of which is one of the two the first hybrid coupler output signals and the other the other of the first Hybrid coupler output signals. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aus der zweiten Phasenschieberstufe ergebenden phasenverschobenen Komponenten eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen.3. System according to claim 1 or 2, characterized in that resulting from the second phase shift stage resulting phase-shifted components have a phase shift of 90 °. 4. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die phasenverschobenen Komponenten der zweiten Phasenschieberstufe in dem zweiten Hybridkoppler derart verknüpft werden, daß sie eine 180° Phasendifferenz aufweisen, wobei die kombinierte Resultierende das Polarimeter-Ausgangssignal ist.4. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the phase shifted components of the second phase shifter stage in the second hybrid couplers are linked so that they are a 180 ° Show phase difference, the combined resultant being the Output is polarimeter. 5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Phasenschiebersteuersignale die erste Phasenschieberstufe derart steuern, daß eine etwaige Phasendifferenz zwischen den orthogonal polarisierten Komponenten beseitigt wird.5. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the first phase shifter control signals the first phase shifter stage control that any phase difference between the orthogonal polarized components is eliminated. 6. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hybridkoppler die phasenverschobenen Komponenten der ersten Phasenschieberstufe derart kombiniert, daß die Amplitudendifferenz des Paares von ersten Hybridkopplerausgangssignalen auf einem Minimum ist.6. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the first hybrid coupler the phase-shifted components of the first Phase shift stage combined such that the amplitude difference of the pair of first hybrid coupler output signals is at a minimum. 7. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das adaptive Phasensteuermittel eine Mikroprozessor-Steuereinrichtung aufweist, welche (a) jeder der ersten und zweiten Phasenschieberstufe einen Bereich von Phasenschiebersteuersignalen zuleitet, welche inkrementelle Phasenverschiebungen der Phasenschieberstufen einstellen, (b) das Polarime­ terausgangssignal für jede der inkrementellen Phasenverschiebungseinstel­ lungen erfaßt und speichert, (c) die Phasenverschiebungseinstellungen erfaßt, die zu einem minimalen Wert der Poalrimeterausgangssignals führe und (d) die Phasenschieberstufen auf diejenigen Einstellungen setzt, bei denen der Minimalwert festgestellt wurde.7. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the adaptive phase control means a microprocessor controller which (a) each of the first and second phase shifter stages one Range of phase shift control signals supplied, which incremental  Set phase shifts of the phase shifter stages, (b) the Polarime output signal for each of the incremental phase shift settings lungs and stores, (c) the phase shift settings that lead to a minimum value of the pointer output signal and (d) the Phase shifter sets to those settings where the Minimum value was found. 8. System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster 90° Hybridkoppler an das erste Paar von Phasenschiebern angeschlossen ist und daß ein zweiter 90° Hybridkoppler an das zweite Paar von Phasenschiebern angeschlossen ist, wobei das Polarimeterausgangssignal an einem Differenzport (A) des zweiten Hybridkopplers ansteht.8. System according to any one of claims 2 to 7, characterized in that a first 90 ° hybrid coupler connected to the first pair of phase shifters and that a second 90 ° hybrid coupler to the second pair of Phase shifter is connected, with the polarimeter output signal on a differential port (A) of the second hybrid coupler is present. 9. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarimeterausgangssignal dem adaptiven Phasensteuermittel über eine Koppeleinrichtung zugeführt wird, und daß die Phase der orthogonal polarisierten Antennenausgangssignalkomponenten solange verschoben wird, bis das Polarimeterausgangssignal einen minimalen Wert annimmt.9. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the polarimeter output signal to the adaptive phase control means via a Coupling device is supplied, and that the phase of the orthogonal polarized antenna output signal components is shifted as long as until the polarimeter output signal takes a minimum value. 10. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennensystem ein Paar von Korrektur-Antennen aufweist, wobei jede Korrektur-Antenne einen leitfähigen Teil von rechtwinkliger Form mit einer Länge größer als die andere Länge (D2) aufweist und zur jeweils anderen Korrektur-Antenne benachbart, nicht überlagernd und orthogonal derart orientiert ist, daß die eine Länge (D1) einer Korrekturelektrode sich im wesentlichen senkrecht zur einen Länge (D1) der anderen Korrekturelektrode erstreckt, und wobei jede Korrektur-Antenne ein Paar von Ausgangsleitungen aufweist, wobei jede der orthogonal polarisierten Antennenausgangssignal- Komponenten einer der L1 und L2 Frequenzen an einer ersten Ausgangsleitung aus einer der Korrektur-Antennen und einer ersten Ausgangsleitung der anderen Korrektur-Antenne bereitgestellt wird. 10. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the antenna system has a pair of correction antennas, each Correction antenna has a conductive part of rectangular shape with a Length greater than the other length (D2) and to the other Correction antenna adjacent, not overlapping and orthogonal is oriented that the one length (D1) of a correction electrode in the substantially perpendicular to one length (D1) of the other correction electrode extends, and wherein each correction antenna has a pair of output lines each of the orthogonally polarized antenna output signal Components of one of the L1 and L2 frequencies on a first output line from one of the correction antennas and a first output line of the other correction antenna is provided.   11. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der orthogonal polarisierten Antennenausgangssignalkoponenten der anderen der beiden L1 und L2 Frequenzen an einer zweiten Ausgangsleitung einer der Korrekturantennen und an einer zweiten Ausgangsleitung der anderen der beiden Korrekturantennen bereitgestellt wird.11. System according to any one of the preceding claims, characterized in that each of the orthogonally polarized antenna output signal components of the other of the two L1 and L2 frequencies on a second output line one of the correction antennas and on a second output line of the other of the two correction antennas is provided. 12. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Teil jeder Korrekturantenne auf einem dielektrischen Substrat über einer leitfähigen Masseebene angeordnet ist, wobei die eine Länge (D1) ungefähr der halben Signalwellenlänge für die L1 Frequenz in dem Material des dielektrischen Substrats entspricht und die andere Länge (D2) ungefähr einer halben Signalwellenlänge für die L2 Frequenz in dem Material des dielektrischen Substrats entspricht.12. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the conductive part of each correction antenna on a dielectric substrate is arranged above a conductive ground plane, the one length (D1) approximately half the signal wavelength for the L1 frequency in the material of the dielectric substrate and the other length (D2) approximately half a signal wavelength for the L2 frequency in the material of the dielectric substrate corresponds. 13. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Korrektur-Antenne eine erste Ausgangsleitung und eine zweite Ausgangsleitung aufweist, wobei die erste Ausgangsleitung einer der Korrektur-Antennen die L1 Frequenz mit einer Polarisation P2 und die zweite Ausgangsleitung dieser Korrektur-Antenne die L2 Frequenz mit einer Orthogonalpolarisation P1 aufnimmt.13. System according to any one of the preceding claims, characterized in that each correction antenna has a first output line and a second Output line, wherein the first output line one of the Correction antennas the L1 frequency with a polarization P2 and the second Output line of this correction antenna has the L2 frequency with a Orthogonal polarization P1 picks up. 14. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle der ersten Ausgangsleitung einer der Korrektur-Antennen im Schnittpunkt der Null Ohm Impedanz-Stelle bei der Frequenz L2 mit der 50 Ohm Impedanz-Stelle der Frequenz L1 liegt und die Stelle der zweiten Ausgangsleitung der einen Korrektur-Antenne im Schnittpunkt der Null Ohm Impedanz-Stelle bei Frequenz L1 und der 50 Ohm Impedanz-Stelle bei L2 liegt.14. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the location of the first output line of one of the correction antennas in Intersection of the zero ohm impedance point at the frequency L2 with the 50 Ohm impedance point of frequency L1 and the position of the second Output line of a correction antenna at the intersection of zero ohms Impedance point at frequency L1 and the 50 ohm impedance point at L2.
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